CRISTIANE SILVEIRA

DESAGUAMENTO DE LODO DE ESTAÇÕES DE

TRATAMENTO DE ÁGUAS POR LEITO DE

DRENAGEM / SECAGEM COM MANTA GEOTÊXTIL

LONDRINA - PARANÁ 2012

CRISTIANE SILVEIRA

DESAGUAMENTO DE LODO DE ESTAÇÕES DE

TRATAMENTO DE ÁGUAS POR LEITO DE DRENAGEM /

SECAGEM COM MANTA GEOTÊXTIL

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Edificações e Saneamento do Centro de Tecnologia e Urbanismo da Universidade Estadual de Londrina, como requisito para obtenção do título de Mestre em Engenharia de Edificações e Saneamento.

Orientadora: Profa. Dra. Emília Kiyomi Kuroda

LONDRINA - PARANÁ 2012

TERMO DE APROVAÇÃO

CRISTIANE SILVEIRA

DESAGUAMENTO DE LODO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE

ÁGUAS POR LEITO DE DRENAGEM / SECAGEM COM MANTA

GEOTÊXTIL

Dissertação apresentada como requisito para obtenção do título de Mestre em

Engenharia de Edificações e Saneamento.

__________________________________________

Profa. Dra. Emília Kiyomi Kuroda

Universidade Estadual de Londrina

Orientadora

__________________________________________

Prof. Dr. Luiz Di Bernardo

Universidade de Ribeirão Preto

__________________________________________

Prof. Dr. João Sérgio Cordeiro

Universidade Federal de São Carlos

Londrina, 28 de fevereiro de 2012.

Dedico a todos que me apoiaram e incentivaram, em especial à minha família.

AGRADECIMENTOS

À Deus, por sempre estar me iluminando e dando força e coragem para

caminhar com fé e perseverança.

À Profa. Dra. Emília Kiyomi Kuroda pela valiosa orientação, pelos

ensinamentos que proporcionaram meu crescimento pessoal e profissional, pelos

incentivos e pela confiança que despertou meu profundo respeito e admiração.

À CAPES pela bolsa concedida.

Ao Departamento de Construção Civil e aos docentes do programa de

Mestrado em Engenharia de Edificações e Saneamento.

À Sanepar na pessoa dos Srs. José Augusto Gonçalves, Algacir Leite de

Almeida, Antonio Gil Gameiro, Roberto Massami Arai, e demais funcionários pela

colaboração e auxílio nas coletas de lodo.

Aos Srs. Julio Cesar Leon Soto e Robson Rodrigues de Oliveira das Empresas

S. S. Santana Tecnologia Científica e Lab Company Serviços para Laboratórios, por

gentilmente emprestar a câmara climática utilizada nos experimentos.

À Maccaferri Ltda. pela doação das mantas geotêxteis.

Aos Srs. Carlos Alberto Duarte e José Reginaldo dos Santos funcionários do

Laboratório de Maquetes da UEL, sempre prestativos, pelo auxílio na montagem dos

protótipos.

Aos colegas do LabSan, Marcos, André, Luiza, Amanda, Aline, Laís, Camila

Maler, Flávia que de alguma forma contribuíram no decorrer dos experimentos, em

especial a Camila Abe, Leonardo e Rodrigo pela ajuda prestada e companhia

durante os “dias e noites” de realização dos experimentos.

À Karla Bigetti Guergoletto por me incentivar a conhecer o programa de

Mestrado em Engenharia de Edificações e Saneamento.

À Francine, Flávia e Viviane pela amizade.

Ao Diego pelo carinho, compreensão, incentivo e apoio.

À minha família, pela confiança e carinho, em especial a minha irmã Gislaine,

pelo seu exemplo, incentivo e apoio em todos dos momentos da minha vida.

"Eu não posso mudar a direção do

vento, mas posso ajustar as minhas

velas para sempre alcançar o meu

destino."

Jimmy Dean

SILVEIRA, Cristiane. Desaguamento de lodo de estações de tratamento de águas por leito de drenagem / secagem com manta geotêxtil. 2012. 137 páginas. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Edificações e Saneamento) – Universidade Estadual de Londrina, Londrina, 2012.

RESUMO

Dentre as técnicas utilizadas para o tratamento de lodos de decantadores de

ETAs, os sistemas naturais têm apresentado resultados promissores no Brasil. Dentro desse contexto, o objetivo geral desse trabalho foi avaliar o sistema de desaguamento de dois lodos de decantadores de ETAs em leitos de drenagem / secagem, com uso de manta geotêxtil em ensaios de laboratório por meio de protótipos de escalas reduzida e piloto. Foram considerados como aspectos técnicos de projeto: densidade da manta geotêxtil, taxa de aplicação de sólidos – TAS, taxa de aplicação volumétrica – TAV, duração das fases de drenagem do lodo e de secagem da torta de lodo. O desempenho do sistema de desaguamento foi avaliado por meio da caracterização quali / quantitativa dos lodos afluentes ao sistema, da água drenada e das tortas de lodo retido sob diferentes condições climáticas de exposição, considerando as características do manancial e produtos químicos aplicados no tratamento de água. Por fim, foram realizados estudos exploratórios visando a disposição final da torta de lodo desaguada como camada de cobertura ou de impermeabilização de fundo de células em aterros sanitários em substituição ao solo. Nas condições de estudo, o sistema de desaguamento de lodos de decantadores de ETAs proposto apresentou resultados promissores quanto aos aspectos quali / quantitativos de eficiência, possibilitando na fase de drenagem, a produção de águas drenadas com qualidade compatível com corpos de água doce (classes I e II) estabelecidos pela Resolução 357/05 do Conama, visando à proteção dos corpos hídricos receptores ou ainda,para reaproveitamento do água drenada para produção de água tratada na própria ETA. Na fase de secagem, foi possível obter aumento do teor de sólidos da torta sob condições críticas de secagem – exposição natural de inverno sem proteção à intempéries, e duração de 5 a 13 dias, com valores de teor de sólidos da mesma ordem de grandeza que os obtidos por desaguamentos mecânicos. O ensaio em colunas de lixiviação revelou que os metais presentes no lodo muito provavelmente não oferecerão riscos ao meio ambiente, pois não foram disponibilizados a partir do contato com a água, sob a condição crítica de precipitação aplicada. Em relação à classificação dos lodos de ETAs segundo a NBR 10.004 (2004), os lodos foram classificados como resíduo Classe II A – Não inertes por apresentar constituintes que foram solubilizados em concentrações superiores aos limites estabelecidos no Anexo G da NBR 10.004 (2004). Palavras-chave: taxa de aplicação de sólidos, fase de drenagem, fase de secagem, uso sucessivo da manta, disposição final.

SILVEIRA, Cristiane. Dewatering of sludge from water treatment plants by bed drainage / drying with geotextile blanket. 2012. 137 pages. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Edificações e Saneamento) – Universidade Estadual de Londrina, Londrina, 2012.

ABSTRACT

Among the techniques used for treatment of sludge of WTP settlement, the natural systems have been presenting promising results in Brazil. In this context, the objective of this work was to evaluate the dewatering system of two sludges of differents WTP settlement in drainage / drying beds, with use of geotextile layer in laboratorial prototypes of reduced and pilot scales. We considered as technical aspects of project: density of geotextile layer, solids application rate - TAS, volume application rate - TAV, duration of drainage and drying phase. The performance of dewatering system was evaluated by the qualitative / quantitative characterization of initial sludges, of the drained water and of the dried sludges under different climatic conditions of exposition, considering the resources characteristics and chemical products applied in the water treatment. Finally, exploratory studies were accomplished seeking the final disposition of the dewatered sludges as covering layer or impermeabilization of cells in sanitary landfill in substitution to the soil. In the study conditions, the dewatering system of sludge of WTP settlement presented promising results as for the qualitative / quantitative aspects of efficiency, making possible in the drainage phase, the production of water drained with quality compatible to fresh water bodies (classes I and II) established by the Resolution 357/05 / Conama, seeking to the protection of the fresh waters bodies or to reuse of the water drained for water production in WTP. In the drying phase, it was possible to obtain increase of the solids concentrations under critical conditions of drying - natural expositions of winter without protection to weather, and duration from 5 to 13 days, with similar solids concentration values of that obtained by mechanical dewatering techniques. The lixiviation columns test revealed that the metals of sludges very probably won't offer risks to the environment, because they were not made available after contact with the water, under the critical condition of precipitation applied. In relation to the classification of sludges, according to NBR 10.004 (2004), the sludges were classified as residue Class II A - no inert for presenting constituent in concentrations higher to the established limits in the Annex G of NBR 10.004 (2004).

Keywords: application solids rate, drainage phase,drying phase, sucessives uses of geotextile layer, final disposition.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Principais tecnologias de tratamento de água para consumo humano .... 23

Figura 2– Esquema em planta de uma ETA de ciclo completo e pontos de geração

de resíduos ................................................................................................................ 25

Figura 3 – Frações de água constituintes dos lodos de ETAs ................................... 28

Figura 4– Fluxograma do balanço de massa de uma ETA convencional .................. 34

Figura 5 – Corpo de água natural em condições naturais – antes de receber os lodos

de ETA ...................................................................................................................... 36

Figura 6– Corpo de água após receber os lodos de ETA.......................................... 36

Figura 7 – Rede de interação dos impactos oriundos do lançamento in natura do

lodo de ETA em corpos de água .............................................................................. 37

Figura 8 – Bag vertical............................................................................................... 45

Figura 9 – Bag horizontal .......................................................................................... 45

Figura 10 – Secagem de lodo numa lagoa de lodo ................................................... 46

Figura 11 – Etapas de desenvolvimento dos sistemas de leitos de secagem ........... 48

Figura 12 – Formas de colmatação da manta geotêxtil por ação física..................... 50

Figura 13 - Lodo acumulado no decantador convencional após esvaziamento

completo para limpeza .............................................................................................. 58

Figura 14 – Remoção final do lodo acumulado no decantador por jateamento........ 58

Figura 15 – Decantadores de alta taxa da ETA Tibagi .............................................. 59

Figura 16 – Diagrama dos ensaios de desaguamento .............................................. 63

Figura 17 – Esquema da unidade de desaguamento em escala reduzida ................ 64

Figura 18 – Fotos com detalhes da unidade de desaguamento em escala reduzida 64

Figura 19 - Esquema da unidade de desaguamento utilizada na escala piloto ......... 66

Figura 20 – Foto da unidade de desaguamento utilizada na escala piloto ................ 66

Figura 21 – Esquema e equipamentos utilizados no teste de resistência específica 70

Figura 22– Foto dos equipamentos utilizados no teste de resistência específica ..... 70

Figura 23 – Organograma dos sucessivos ensaios de desaguamentos com manta

geotêxtil ..................................................................................................................... 71

Figura 24 - Esquema do ensaio de lixiviação dos lodos tipos A e B ........................ 73

Figura 25 - Foto do ensaio de lixiviação dos lodos tipos A e B ................................. 73

Figura 26 - Frascos de drenados coletados durante a drenagem do lodo tipo A ...... 80

Figura 27- Frascos de drenados coletados durante a drenagem do lodo tipo B ....... 80

Figura 28 – Torta de lodo tipo A logo após a fase de drenagem (ST 15,7%) ............ 84

Figura 29 – Torta de lodo tipo B logo após a fase de drenagem (ST 13,9%) .......... 84

Figura 30 – Fotos da torta de lodo tipo A retida na manta logo após a fase de

drenagem e após 3, 5 e 13 dias de secagem em condição natural de verão............ 88

Figura 31 – Fotos da torta de lodo tipo B retida na manta logo após a fase de

drenagem e após 3, 5 e 13 dias de secagem em condição natural de verão............ 88

Figura 32 – Torta de lodo tipo A após 5 dias de secagem na condição controlada de

verão (ST 35,6%) ...................................................................................................... 93

Figura 33 – Torta de lodo tipo B após 5 dias de secagem na condição controlada de

verão (ST 23,5%) ...................................................................................................... 93

Figura 34 - Torta de lodo tipo A após 5 dias de secagem na condição controladade

inverno (ST 32,6%) ................................................................................................... 93

Figura 35 -Torta de lodo tipo B após 5 dias de secagem na condição controlada de

inverno (ST 20,3%) ................................................................................................... 93

Figura 36 – Fotos do teste sedimentabilidade dos lodos tipos A e B ........................ 99

Figura 37 - Torta do lodo tipo A logo após a fase de drenagem (ST 12,9%)........... 108

Figura 38 -Torta do lodo tipo A no 4º dia de secagem (ST 15%) ............................ 108

Figura 39 - Torta do lodo tipo A após 7 dias de secagem (ST 16,6%) .................... 108

Figura 40 - Torta do lodo tipo B logo após a fase de drenagem (ST 11,2%)........... 109

Figura 41 - Torta de lodo do lodo tipo B após 7 dias de secagem (ST 30,2%) ...... 109

Figura 42 - Foto das amostras compostas dos líquidos percolados das colunas de

lixiviação dos lodos tipos A e B ............................................................................... 118

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Produção de lodo em função da qualidade da água bruta ...................... 27

Tabela 2 – Características físicas e químicas para o lodo de três ETAs ................... 30

Tabela 3 – Comparação entre as operações de desaguamento de lodos de ETA ... 44

Tabela 4 – Características do lodo bruto e do drenado da ETA Cardoso ................. 51

Tabela 5 – Parâmetros de projetos estudados por Oliveira (2010) .......................... 53

Tabela 6 - Características da manta geotêxtil utilizada nos ensaios de

desaguamentos ......................................................................................................... 60

Tabela 7 – Parâmetros e métodos / equipamentos utilizados na caracterização dos

lodos e drenados ....................................................................................................... 62

Tabela 8 – Parâmetros de projeto aplicados nos ensaios em escala reduzida – Etapa

I ................................................................................................................................. 65

Tabela 9 – Parâmetros de projeto aplicados nos ensaios em escala piloto – Etapa II

.................................................................................................................................. 66

Tabela 10 - Parâmetros e métodos / equipamentos utilizados na caracterização dos

líquidos drenados das colunas de lixiviação.............................................................. 74

Tabela 11 – Características físicas, químicas e microbiológicas dos lodos de estudo

utilizadas nos ensaios em escala reduzida – Etapa I e limites estabelecidos pela

Resolução 357/05 do Conama para enquadramento em corpos de água doce

Classes I e II .............................................................................................................. 77

Tabela 12 – Porcentagens de volume de drenado que atenderam a cada condição

na escala reduzida .................................................................................................... 78

Tabela 13 – Observações da fase de drenagem dos lodos tipos A e B / escala

reduzida – Etapa I ..................................................................................................... 80

Tabela 14 – Resultados da fase de secagem nas condições controladas e naturais

de verão e inverno dos lodos tipos A e B .................................................................. 94

Tabela 15 – Características do lodo tipo A utlizado na escala piloto e limites

estabelecidos pela Resolução 357/05 do Conama para corpos de água doce Classe

I e II ........................................................................................................................... 95

Tabela 16 – Características dos lodos tipo B utlizado na escala piloto e limites

estabelecidos pela Resolução 357/05 do Conama para corpos de água doce Classe

I e II ........................................................................................................................... 96

Tabela 17 - Observações da fase de drenagem dos lodos tipos A e B / escala piloto

– Etapa II ................................................................................................................. 101

Tabela 18 - Porcentagens de volume de drenado que atenderam a cada condição na

escala piloto ............................................................................................................ 101

Tabela 19 - Resultados da quantificacao de metais no lodo inicial tipo A e amostras

compostas dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II),

reaproveitamento (III) e drenado global (IV) produzidos em escala piloto............... 104

Tabela 20 – Resultados da quantificacao de metais no lodo inicial tipo B e amostras

compostas dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II),

reaproveitamento (III) e drenado global (IV) produzidos em escala piloto............... 105

Tabela 21 – Dados quantitativos das fases de drenagem e secagem nas Etapas I e II

................................................................................................................................ 111

Tabela 22 – Dados qualitativos da fase de secagem dos lodos tipos A nas Etapas I e

II .............................................................................................................................. 113

Tabela 23 – Dados qualitativos da fase de secagem dos lodos tipos B nas Etapas I e

II .............................................................................................................................. 113

Tabela 24 – Resultados qualitativos das fases de drenagem em escala reduzida –

Etapa I e escala piloto – Etapa II para lodo tipo A e amostras compostas dos

drenados – ACD I, II, III e IV e limites estabelecidos pela Resolução 357/05 do

Conama para corpos de água doce Classe I e II .................................................... 114

Tabela 25 - Resultados qualitativos das fases de drenagem em escala reduzida –

Etapa I e escala piloto – Etapa II para o lodo tipo B e amostras compostas dos

drenados – ACD I, II, III e IV e limites estabelecidos pela Resolução 357/05 do

Conama para corpos de água doce Classe I e II .................................................... 115

Tabela 26 – Caracterização das amostras compostas dos lixiviados dos lodos tipos

A e B........................................................................................................................ 119

Tabela 27 – Resultados dos parâmetros inorgânicos e orgânicos analisados nos

extratos lixiviados do lodo tipo A ............................................................................. 120

Tabela 28 – Resultados dos parâmetros inorgânicos e orgânicos analisados nos

extratos solubilizados do lodo tipo A ....................................................................... 121

Tabela 29 – Resultados dos parâmetros inorgânicos e orgânicos analisados nos

extratos lixiviados do lodo tipo B ............................................................................. 122

Tabela 30 – Resultados dos parâmetros inorgânicos e orgânicos analisados nos

extratos solubilizados do lodo tipo B ....................................................................... 123

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 - Curvas de remoção de água filtrada de sistemas, modificado por Cordeiro

1993 e remodelado em 2001. .................................................................................... 48

Gráfico 2 – Gráfico típico dos valores de (t/v) em função de v .................................. 68

Gráfico 3 - Resultados da fase de drenagem típica para o lodo tipo A / escala

reduzida – Etapa I ..................................................................................................... 79

Gráfico 4 - Resultados da fase de drenagem típica para o lodo tipo B / escala

reduzida – Etapa I ..................................................................................................... 79

Gráfico 5 - Resultados da caracterização do lodo inicial tipo A e amostras compostas

dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II),

reaproveitamento (III) e drenado global (IV) produzidos em escala reduzida ........... 81

Gráfico 6 - Resultados da caracterização do lodo inicial tipo B e amostras compostas

dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II),

reaproveitamento (III) e drenado global (IV) produzidos em escala reduzida ........... 82

Gráfico 7 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo A na condição

controlada de verão ................................................................................................... 85

Gráfico 8 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo B na condição

controlada de verão ................................................................................................... 85

Gráfico 9 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo A na condição natural de

verão ......................................................................................................................... 86

Gráfico 10 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo B na condição natural

de verão .................................................................................................................... 87

Gráfico 11 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo A na condição

controlada de inverno ................................................................................................ 89

Gráfico 12 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo B na condição

controlada de inverno ................................................................................................ 90

Gráfico 13 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo A na condição natural

de Inverno ................................................................................................................. 91

Gráfico 14 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo B na condição natural

de inverno .................................................................................................................. 91

Gráfico 15 - Curvas de sedimentação dos lodos tipos A e B ..................................... 98

Gráfico 16 - Resultados da fase de drenagem para o tipo A na escala piloto / Etapa II

................................................................................................................................ 100

Gráfico 17 - Resultados da fase de drenagem para o tipo B na escala piloto / Etapa II

................................................................................................................................ 100

Gráfico 18 - Resultados da caracterização do lodo inicial tipo A e amostras

compostas dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II),

reaproveitamento (III) e drenado global (IV) produzidos em escala piloto............... 102

Gráfico 19 - Resultados da caracterização do lodo inicial tipo B e amostras

compostas dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II),

reaproveitamento (III) e drenado global (IV) produzidos em escala piloto............... 103

Gráfico 20 - Resultados da fase de secagem do lodo tipo A em escala piloto / Etapa

II - Condição natural de exposição .......................................................................... 107

Gráfico 21 - Resultados da fase de secagem do lodo tipo B em escala piloto – Etapa

II – condição natural de exposição .......................................................................... 109

Gráfico 22 - Resultados de turbidez dos drenados produzidos nos Ensaios 1 ao 5 em

função do tempo de drenagem ................................................................................ 116

Gráfico 23 -Resultados das porcentagens de volume que atenderam a cada

condição imposta .................................................................................................... 117

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA ......................................................................... 19

2 OBJETIVOS ........................................................................................................... 21

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................. 22

3.1 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA ........................................................... 22

3.1.1 Tratamento de água por ciclo completo ............................................................ 23

3.2 GERAÇÃO DE RESÍDUOS NUMA ETA .............................................................. 26

3.2.1 Características qualitativas e quantitativas dos resíduos de ETA..................... 26

3.2.2 Influência da operação dos decantadores e filtros nas características dos

resíduos de ETA ........................................................................................................ 31

3.2.3 Métodos de quantificação da produção global de lodo em ETA ....................... 32

3.3 IMPACTOS AMBIENTAIS RELACIONADOS AO DESCARTE DE LODOS DE

DECANTADORES DE ETAs EM CORPOS DE ÁGUA ............................................. 35

3.4 ASPECTOS LEGAIS RELACIONADOS A LODOS DE DECANTADORES DE

ETAs.......................... ................................................................................................ 38

3.5 EVOLUÇÃO DAS PESQUISAS RELACIONADAS A RESÍDUOS DE ETAs NO

BRASIL.................. .................................................................................................... 40

3.6 ALTERNATIVAS PARA TRATAMENTO, DISPOSIÇÃO E REUSO DOS

RESÍDUOS DE ETAs ................................................................................................ 42

3.6.1 Desaguamento de Resíduos de ETAs .............................................................. 43

3.6.1.1 Leitos de drenagem / secagem.......................................................................46

3.6.2 Disposição final dos lodos de ETAs .................................................................. 53

4 MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................................... 56

4.1 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA CAFEZAL .......................................... 56

4.2 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA TIBAGI .............................................. 58

4.3 ENSAIOS DE DESAGUAMENTO ....................................................................... 59

4.3.1 Etapa I – Desaguamento de lodo de decantadores de ETAs em protótipos de

escala reduzida. ........................................................................................................ 63

4.3.2Etapa II – Desaguamento de lodo de decantadores de ETAs em protótipos de

escala piloto............................................................................................................... 65

4.3.2.1 Teste de sedimentabilidade – Ensaios em coluna de sedimentação.............67

4.3.2.2 Teste de resistência específica.......................................................................67

4.4 INFLUÊNCIA DA EXECUÇÃO DE SUCESSIVOS DESAGUAMENTOS NA

MANTA GEOTÊXTIL ................................................................................................. 70

4.5 DISPOSIÇÃO FINAL DA TORTA DE LODO ....................................................... 71

4.5.1 Ensaio em colunas de lixiviação ....................................................................... 71

4.5.2 Classificação dos lodos de ETAs segundo a NBR 10.004 / 04 ........................ 74

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................. 76

5.1 ETAPA I – DESAGUAMENTO DE LODO DE DECANTADORES DE ETAs EM

PROTÓTIPOS DE ESCALA REDUZIDA................................................................... 76

5.1.1 Caracterização dos lodos de estudo utilizados nos protótipos em escala

reduzida......................... ............................................................................................ 76

5.1.2 Fase de drenagem / Escala reduzida ............................................................... 78

5.1.3Fase de secagem / Escala reduzida.................................................................. 83

5.1.3.1Fase de secagem na condição de verão.........................................................83

5.1.3.2 Fase de secagem na condição de inverno.....................................................88

5.2 ETAPA II - DESAGUAMENTO DE LODO DE DECANTADORES DE ETAS EM

PROTÓTIPOS EM ESCALA PILOTO ....................................................................... 94

5.2.1 Caracterização dos lodos de estudo utilizados na escala piloto ....................... 94

5.2.1.1 Teste de sedimentabilidade – Ensaios em coluna de sedimentação.............98

5.2.1.2 Teste de resistência específica......................................................................99

5.2.2 Fase de Drenagem / Escala piloto .................................................................... 99

5.2.3 Fase de Secagem / Escala piloto ................................................................... 106

5.3 COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS DE DESAGUAMENTO EM

ESCALA REDUZIDA – ETAPA I E ESCALA PILOTO – ETAPA II .......................... 110

5.4 INFLUÊNCIA DA EXECUÇÃO DE SUCESSIVOS DESAGUAMENTOS NA

MANTA GEOTÊXTIL ............................................................................................... 116

5.5 DISPOSIÇÃO FINAL DA TORTA DE LODO ..................................................... 118

5.5.1 Teste de lixiviação – Ensaio em colunas de lixiviação .................................... 118

5.5.2 Classificação dos lodos de ETA ..................................................................... 120

6 CONCLUSÕES..................................................................................................... 125

7 RECOMENDAÇÕES ............................................................................................ 128

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

CONAMA: Conselho Nacional do Meio Ambiente

DBO: Demanda Bioquímica de Oxigênio

DQO: Demanda Química de Oxigênio

ETA: Estação de Tratamento de Água

ETE: Estação de Tratamento de Esgoto

FeCl3.6H2O : Cloreto Férrico Hexahidratado

IAP : Instituto Ambiental do Paraná

ICP-OES: Espectrometria de Emissão Óptica Plasma Acoplado Indutivamente

NBR : Norma Brasileira

OMS: Organização Mundial da Saúde

PAC: Hidróxicloreto de polialumínio

pH: Potencial de Hidrogênio

PROSAB: Programa de Pesquisa em Saneamento Básico

SABESP: Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo

SEMA : Secretaria Estadual do Meio Ambiente

SANEPAR: Companhia de Saneamento do Paraná

SDT: Sólidos Dissolvidos Totais

SFT: Sólidos Fixos Totais

SSF: Sólidos Suspensos Fixos

SST: Sólidos Suspensos Totais

SSV: Sólidos Suspensos Voláteis

ST: Sólidos Totais

SVT: Sólidos Voláteis Totais

TAS: Taxa de aplicação de sólidos

TAV: Taxa de aplicação volumétrica

USP: Universidade de São Paulo

19

1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA

A água em seu estado natural, quando coletada em mananciais,

apresenta inúmeras impurezas que podem causar efeitos deletérios à saúde

humana. Na necessidade de fornecer água potável para consumo humano, as

Estações de Tratamento de Água – ETAs são projetadas e operadas para remover

determinadas impurezas, produzindo água com características que atendam ao

padrão de potabilidade estabelecido pela Portaria 2.914 / 11 do Ministério da Saúde.

Nas ETAs que adotam o tratamento de água por ciclo completo,

composto pela seqüência dos processos e operações de coagulação, floculação,

sedimentação e filtração, os resíduos são gerados principalmente nas unidades de

sedimentação e filtração e são chamados de lodos de decantadores e águas de

lavagem de filtros.

Os resíduos de ETAs possuem características bastante particulares

que variam principalmente em função da qualidade da água bruta, dos produtos

químicos adicionados no tratamento e das condições de operação do sistema. São

constituídos basicamente por compostos orgânicos e inorgânicos presentes

originalmente na forma sólida ou dissolvida no manancial (areia, silte, argila,

microrganismos, metais, matéria orgânica, entre outros), acrescidos de resíduos dos

produtos químicos aplicados no tratamento de água, principalmente, sais de metais

utilizados como coagulante.

Os lodos de decantadores caracterizam-se por possuir grande teor de

umidade, geralmente maior que 95%. No entanto, a NBR 10.004 / 04 classifica-os

como resíduos sólidos, não sendo permitido seu lançamento in natura no meio

ambiente. Devido principalmente à grande quantidade de água agregada nos lodos

de decantadores, seu transporte possui um custo relativamente elevado fazendo

com que grande parte das ETAs descarte esses resíduos nos corpos de água mais

próximos.

Dentre os impactos que o descarte de lodo de ETAs pode causar em

um corpo de água, estão a deterioração da qualidade de água pela adição de

sólidos e microrganismos removidos previamente no tratamento de água, alterações

da biota aquática, redução do volume útil do corpo de água devido ao assoreamento

e possíveis efeitos tóxicos aos seres humanos e animais.

20

As Leis 9.433 / 97 – Política Nacional de Recursos Hídricos e 9.605 /

98 – Crimes Ambientais, trazem em seus conteúdos critérios relacionados à gestão

dos resíduos de ETAs, uma vez que consideram o lançamento de resíduos in natura

crime ambiental.

O tratamento dos resíduos de ETAs consiste basicamente numa

separação sólido-líquido, via clarificação / adensamento e desidratação,

aumentando a concentração de sólidos no material sedimentado, a fim de

possibilitar a reutilização e / ou descarte adequado do drenado em corpos de água,

e viabilizar a disposição adequada do material sólido.

O desaguamento de lodo de ETAs pode ser realizado a partir do uso

de sistemas naturais e / ou mecânicos de remoção de água. Os equipamentos

utilizados no desaguamento mecânico são relativamente eficientes, não dependem

de condições climáticas favoráveis, mas possuem custos elevados de aquisição,

requerem a aplicação de produtos químicos e consomem energia elétrica para seu

funcionamento. Dentre os mais utilizados podem-se citar as centrífugas e prensas

desaguadoras. Os sistemas naturais como lagoas de lodo e leitos de drenagem /

secagem, não utilizam produtos químicos e energia elétrica, porém necessitam de

grandes áreas para instalação e dependem das condições climáticas.

O Brasil apresenta condições favoráveis de espaço e recursos naturais

que quando aliadas ao baixo custo de instalação e operação, indicam potencial

vantagem na adoção de sistemas naturais para o tratamento de resíduos de ETAs,

em especial os leitos de drenagem / secagem.

A técnica de desaguamento por leitos de drenagem / secagem tem sido

utilizada para remoção de água de lodos há muitos anos. No Brasil, Cordeiro (1993)

iniciou estudos sobre a possibilidade de modificação da estrutura dos leitos de

secagem convencionais, compostos de pedregulho, areia grossa e uma camada de

tijolos, objetivando o aumento da eficiência do desaguamento de lodos de ETAs.

Dando continuidade a este trabalho, várias pesquisas foram realizadas por Cordeiro

(2000; 2001), Achon (2003), Fontana (2004), Silva (2006) e Barroso (2007) sobre

leitos de drenagem / secagem com uso de mantas geotêxteis, os quais

apresentaram resultados promissores no processo de desaguamento de lodos de

decantadores de ETAs.

21

2 OBJETIVOS

O objetivo geral desse trabalho foi avaliar o sistema de desaguamento

de dois lodos de decantadores de ETAs em leitos de drenagem / secagem, com uso

de manta geotêxtil e ensaios de laboratório em escalas reduzida e piloto,

considerando os aspectos técnicos de projeto:

Concepção física: densidade da manta geotêxtil, taxa de aplicação de sólidos -

TAS e taxa de aplicação volumétrica - TAV;

Condições operacionais: duração das fases de drenagem do lodo e de secagem

da torta de lodo retida sob diferentes condições climáticas de exposição;

Desempenho: caracterização quali / quantitativa dos lodos afluentes ao sistema

de desaguamento, dos lodos drenados produzidos ao longo do tempo e das

tortas de lodo retido, ao longo do tempo, considerando as características do

manancial e produtos químicos aplicados no tratamento de água;

Manutenção: influência do uso da manta geotêxtil em sucessivos ensaios de

desaguamentos em relação a eficiência na fase de drenagem;

Manejo e destinação da torta: possibilidade de contaminação do meio ambiente

pela realização do ensaio de lixiviação em protótipos de escala reduzida,

simulando uma situação de aplicação prática e crítica de precipitação em campo,

quando o material for usado como cobertura de células em aterros sanitários.

22

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA

A água em seu estado natural quando captada num manancial pode

não atender aos requisitos de qualidade para fins potáveis, apresentando partículas

suspensas e coloidais, matéria orgânica, microorganismos e outras substâncias

deletérias à saúde humana. Segundo Di Bernardo e Paz (2008) as Estações de

Tratamento de Água - ETAs foram criadas para remover as impurezas presentes nas

águas das fontes de abastecimento, por meio de uma combinação de processos e

de operações de tratamento.

As ETAs têm como objetivo principal tornar determinada água própria

para a utilização a que se destina, atendendo aos padrões de potabilidade

estabelecidos pela Portaria nº 2.914 / 11 do Ministério da Saúde. O art. 5º da

referida portaria define a expressão água potável como “água que atenda ao padrão

de potabilidade estabelecido nesta Portaria e que não ofereça riscos à saúde”,

sendo o padrão de potabilidade: “conjunto de valores permitidos como parâmetro da

qualidade da água para consumo humano”.

Diferente do tratamento de águas residuárias no qual as tecnologias

empregadas são basicamente biológicas, o tratamento de águas de abastecimento é

em geral, uma combinação de processos e operações físico-químicos (LIBÂNIO,

2010). Segundo Di Bernardo e Dantas (2005) as tecnologias de tratamento de água

podem ser resumidas em dois grupos, sem coagulação química e com coagulação

química. Na Figura 1 são apresentadas as principais tecnologias de tratamento de

água.

23

Figura 1 - Principais tecnologias de tratamento de água para consumo humano

Fonte : Adaptado Di Bernardo e Dantas, 2005

A escolha da tecnologia e grau de tratamento a serem adotados está

associada principalmente ao uso final da água e a qualidade da água do manancial

adotado. Além disso, segundo Libânio (2010) devem ser considerados os custos de

implantação, manutenção e operação, manuseio e confiabilidade dos equipamentos,

flexibilidade operacional, localização geográfica e tratamento e disposição final dos

resíduos gerados.

Atualmente, a estratégia adotada pelas ETAs considera que cada fase

de tratamento possui uma meta específica de remoção relacionada a algum tipo de

risco (DI BERNARDO e DANTAS, 2005). No Brasil a maioria dos sistemas de

abastecimento utiliza o sistema convencional também conhecido por ciclo completo.

3.1.1 Tratamento de água por ciclo completo

O tratamento por ciclo completo é definido pela seqüência dos

processos de coagulação, floculação, sedimentação, filtração e desinfecção.

24

Segundo Fontana (2004) as estações de ciclo completo apresentam um bom grau

de eficiência na remoção de cor, turbidez e possíveis contaminantes.

No tratamento por ciclo completo após a captação da água e chegada

desta na ETA, ocorre a adição de produtos químicos com o objetivo de torná-la

adequada ao consumo humano quanto aos aspectos sanitários, estéticos e

econômicos (FONTANA, 2004).

A adição de produtos químicos dá inicio ao tratamento, com o processo

de coagulação. A adição do coagulante ocorre na unidade de mistura rápida, a qual

pode ser hidráulica ou mecanizada, e tem como objetivo alterar as propriedades do

material em suspensão ou coloidal a fim de promover sua remoção. A água bruta

geralmente é coagulada por sais de ferro e/ou alumínio no mecanismo de varredura.

A coagulação por varredura resulta de dois fenômenos: o primeiro, essencialmente

químico, que consiste nas reações do coagulante com a água e na formação de

espécies hidrolisadas com carga positiva que depende da concentração do metal e

pH final da mistura; o segundo, fundamentalmente físico consiste no transporte das

espécies hidrolisadas para que haja contato entre as impurezas presentes na água

(DI BERNARDO e DANTAS, 2005).

Com a adição do coagulante e sob alto grau de agitação, as partículas

coloidais e em suspensão que possuem carga negativa na sua superfície

desestabilizam-se através da ação das espécies hidrolisadas do coagulante que

possuem carga positiva, o que permite a aproximação e aglomeração das partículas

e com isso, a formação dos flocos (REALI, 1999).

Em seguida, a água coagulada é submetida à floculação, que pode ser

realizada em unidades mecanizadas ou hidráulicas. A floculação ocorre sob agitação

lenta, promovendo a ocorrência de choques entre as partículas formadas

anteriormente, de modo a produzir outras de tamanho, volume e densidade maiores,

denominadas por flocos. Os flocos são separados do meio aquoso por meio de

sedimentação, que consiste na ação da força gravitacional sobre essas partículas,

as quais precipitam em uma unidade chamada decantador, propiciando a

clarificação do meio (DI BERNARDO e DANTAS, 2005).

A água decantada com parte dos flocos que não sedimentaram é

encaminhada aos filtros para clarificação final. A filtração é a principal responsável

pela produção de água de acordo com o padrão de potabilidade. Consiste na

remoção de partículas suspensas e coloidais e de microorganismos por processos

25

físicos, químicos e biológicos, através do escoamento em meio poroso, de diferentes

granulometrias (areia, antracito, seixo e outros). É o processo final de remoção de

impurezas numa ETA (DI BERNARDO e DANTAS, 2005; RICHTER e AZEVEDO,

2003).

A etapa final do tratamento por ciclo completo é a desinfecção,

processo que usa um agente químico como por exemplo, o cloro, ou físico, como a

radiação UV, a fim de inativar os microorganismos patogênicos presentes na água

(DI BERNARDO e DANTAS, 2005). Para complementar o tratamento por ciclo

completo, se necessário, são adicionados outros produtos químicos à água, como

cal, para ajuste do pH final, e flúor.

A Figura 2 mostra o esquema em planta de um sistema de tratamento

por ciclo completo de uma ETA, com setas indicando o percurso da água.

Figura 2– Esquema em planta de uma ETA de ciclo completo e pontos de geração de resíduos

Fonte: Adaptado Reali, 1999

26

3.2 GERAÇÃO DE RESÍDUOS NUMA ETA

Assim como em qualquer indústria, numa ETA a matéria-prima, neste

caso água bruta, é trabalhada por diversos processos e operações resultando em

um produto final, a água potável, acompanhada da geração de resíduos.

Cordeiro (1993) relata que nos sistemas de tratamento de água do

Brasil a preocupação sempre foi garantir a produção de água com qualidade

necessária à atender aos padrões de potabilidade, não existindo muitos estudos

sobre a geração de resíduos, características qualitativas e quantitativas desses, bem

como aspectos relativos a prováveis impactos ambientais e métodos de tratamento e

disposição final dos resíduos de ETAs. Infelizmente, mesmo com a Lei 9.605 / 98 –

Crimes Ambientais, este panorama não apresentou a evolução esperada, uma vez

que grande parte das ETAs no Brasil ainda descartam seus resíduos em corpos de

água, especialmente as de pequeno porte.

Em uma ETA de ciclo completo, os resíduos gerados são basicamente

provenientes das limpezas ou descargas de decantadores e da lavagem dos filtros,

como ilustra a Figura 2. Além disso, segundo Grandin (1992) os floculadores e

tanques de preparo de soluções e suspensão de produtos químicos também

produzem lodo por ocasião de lavagens periódicas, mas em volumes não

significativos.

Em termos volumétricos, a maior quantidade de lodo é proveniente da

lavagem de filtros. No entanto, em termos mássicos, a maior quantidade produzida é

gerada nos decantadores, por ser a sedimentação o primeiro processo físico de

separação sólido-líquido (DI BERNARDO e DANTAS, 2005).

3.2.1 Características qualitativas e quantitativas dos resíduos de ETA

Os lodos de ETAs são classificados pela NBR 10.004 / 04 como

resíduos sólidos, porém segundo Achon, Megda e Soares (2005) apresentam teor

de umidade maior que 95%.

Os lodos de ETAs apresentam-se no estado de gel quando em

repouso, mas torna-se relativamente fluido quando agitado, o que o caracteriza

como fluido não-newtoniano (YUZHU, 1996 apud SILVA JUNIOR, 2003).

27

Segundo Cordeiro (2002) a caracterização dos resíduos de ETA pode

ser realizada de acordo com os aspectos ambientais associados à sua disposição,

neste caso em função do pH, sólidos, metais, DQO, biodegradabilidade, toxicidade,

entre outros; ou de acordo com os aspectos geotécnicos relacionados com à

remoção de água e posterior utilização dos resíduos, em função do tamanho e

distribuição das partículas, limite de plasticidade e liquidez, resistência e

sedimentabilidade.

As características quali e quantitativas dos lodos de ETA podem variar

conforme o gerenciamento do processo de tratamento e depende de vários fatores,

tais como: i) qualidade da água bruta; ii) tecnologia de tratamento; iii) características

da coagulação (tipo e dosagem de coagulante, alcalinizante ou acidificante); iv)

características da floculação e filtração; v) uso, característica e dosagem de

polieletrólito; vi) uso de oxidante; vii) uso de carvão ativado pulverizado; viii) método

de limpeza dos decantadores e lavagem dos filtros, entre outros (DI BERNARDO,

DANTAS e VOLTAN, 2011).

Segundo Reali (1999), deve-se considerar que um manancial pode

apresentar variações sazonais significativas na qualidade da água, como por

exemplo, mudanças na turbidez, as quais influenciam significativamente na

quantidade e qualidade do lodo gerado. A Tabela 1 mostra como a qualidade da

água utilizada interfere na produção de lodo em uma ETA.

Tabela 1 – Produção de lodo em função da qualidade da água bruta

Fonte de captação Faixa de produção de lodo (g de sólidos secos

por m3 de água tratada)

Água de reservatório com boa qualidade 12 - 18 Água de reservatório com média qualidade 18 – 30 Água de reservatório com qualidade ruim 30 -42

Água de rio com qualidade média 24 - 36 Água de rio com qualidade ruim 42 - 54

Fonte: Reali, 1999

Os resíduos das estações de tratamento de água são basicamente

constituídos de água e sólidos suspensos originalmente presentes no manancial,

comumente areia, silte, argila, metais, matéria orgânica (húmus) e bactérias,

acrescidos de produtos resultantes dos coagulantes químicos aplicados na água no

processo de tratamento, principalmente precipitados de sais de alumínio ou de ferro,

(FONTANA, 2004; DI BERNARDO e CENTURIONE FILHO, 2002).

28

O lodo é composto da combinação de uma fase líquida e uma sólida,

sendo necessário o conhecimento de ambas as fases para disposição adequada. Há

diversos modelos que procuram definir as frações de água presentes nos lodos.

Barroso (2007) cita um modelo geral proposto por Vesilind e Hsu (1997) e Smollen e

Kafaar (1994), que define os diferentes estados físicos da água, conforme pode ser

observado na Figura 3:

Água livre – água não associada aos sólidos e que pode ser facilmente separada

por sedimentação gravitacional simples;

Água intersticial ou capilar – água presente no interior ou intimamente ligada aos

flocos. Esta água pode ser liberada quando ha quebra do floco, mediante

aplicação de forca mecânica, tais como centrifugas;

Água vicinal – associada às partículas solidas por virtude da estrutura molecular

da água, pontes de hidrogênio;

Água de hidratação – água quimicamente ligada as partículas sólidas e pode ser

liberada somente por destruição termoquímica das partículas.

Figura 3 – Frações de água constituintes dos lodos de ETAs

Fonte: Barroso, 2007

Segundo Reali (1999) as quantidades relativas de cada fração de água

determinam as características de retenção de água dos resíduos, e o desempenho

dos sistemas de remoção de água.

Para remoção de cada fração de água é necessário uso de um

determinada intensidade de energia. A energia necessária para remoção da água

livre por exemplo, pode ser considerada decorrente da ação da gravidade. A energia

requerida aumenta a cada fração de água, por exemplo, a energia requerida para

remover água livre é menor que a energia necessária para remover a água

intersticial e muitas vezes menor que a energia térmica necessária para remover a

29

água vicinal, bem como a energia raramente atingida e capaz de remover a água de

hidratação (BARROSO, 2007).

A fração sólida dos resíduos gerados numa ETA é proveniente

principalmente do material acumulado nos decantadores. Segundo Di Bernardo

(1999), as águas de lavagem de filtros apresentam baixas quantidades de sólidos

totais, geralmente entre 50 e 500 mg.L-1, enquanto nos lodos de decantadores

Cordeiro (1993) relata que os valores de sólidos totais em alguns casos podem

variar de 3.000 a 81.575 mg.L-1.

A concentração de sólidos no lodo é usualmente expresso em

porcentagem (em massa) de sólidos seco presentes no lodo. Os valores de sólidos

totais no lodo podem variar de 3.000 a 81.575 mg.L-1, porém na maioria das ETAs já

estudadas os valores estão na faixa de 1.100 a 20.000 mg.L-1, sendo que na maioria

dos casos de descargas completas de decantadores, esse teor se encontra abaixo

de 1%. (FONTANA, 2004; REALI, 1999; CORDEIRO, 1993).

As variações dos valores de concentrações de sólidos nos lodos de

ETAs ocorrem principalmente em função das características da água bruta,

tecnologia de tratamento adotada e duração / intervalo de lavagem dos

decantadores e filtros.

Na Tabela 2 são apresentados alguns valores de parâmetros que

caracterizam os lodos de decantadores de três ETAs estudadas por Cordeiro (2001)

evidenciando as variações das características físicas e químicas dos lodos,

proporcionadas especialmente, pelas características das águas captadas em cada

região, e pela operação de limpeza dos decantadores.

30

Tabela 2 – Características físicas e químicas para o lodo de três ETAs Parâmetros Características do lodo bruto

Araraquara São Carlos Rio Claro Concentração de sólidos (%) 0,14 5,49 4,68

pH 8,93 7,35 7,2 Cor (uH) 10650 4300000 250000

Turbidez (uT) 924 800000 36000 DQO (mg.L

-1) 140 5450 4800

Sólidos totais (mg.L-1

) 1620 57400 58630 Sólidos suspensos (mg.L

-1) 775 15330 26520

Sólidos dissolvidos (mg.L-1

) 845 42070 32110 Alumínio (mg.L

-1) 2,16 30 11100

Zinco (mg.L-1

) 0,4 48,53 4,25 Chumbo (mg.L

-1) 0 1,06 1,6

Cádmio (mg.L-1

) 0 0,27 0,02 Níquel (mg.L

-1) 0 1,16 1,8

Ferro (mg.L-1

) 214 4200 5000 Manganês (mg.L

-1) 3,33 30 60

Cobre (mg.L-1

) 1,7 0,91 2,06 Cromo (mg.L

-1) 0,19 0,86 1,58

Fonte: Cordeiro, 2001

Na ETA de Araraquara o lodo é removido até três vezes ao dia, não

sofrendo acúmulo nos tanques, justificando os menores valores nos parâmetros

analisados. Já as ETAs de São Carlos e de Rio Claro realizam a limpeza dos

decantadores manualmente, acarretando o aumento nas concentrações de sólidos e

metais no lodo.

Segundo Cordeiro (1993), independente da água bruta, é comum

encontrar valores de DQO dos lodos de decantadores bem superiores aos de DBO.

Os valores de DQO encontrados no levantamento bibliográfico realizado pelo autor

variaram de 340 a 15.000 mg.L-1 enquanto a DBO apresentou-se da ordem de 30 a

450 mg.L-1. Albrecht (1972) apud Silva Junior (2003) cita que lodo de ETA

normalmente apresentam valores de DBO entre 30 e 100 mg.L-1 e DQO entre 500 e

10.000 mg.L-1.

Dentre os parâmetros considerados na caracterização de lodos, estão

os metais, e como mostrado na Tabela 2 apresentam-se em altas concentrações.

Segundo Barroso (2002) e Silva Junior (2003) os teores de metais estão

relacionados geralmente, à aplicação de produtos químicos na ETA.

A concentração de metais predomina de forma sensível na fase sólida

do lodo (FERRANTI, 2006), e segundo Cordeiro (2001) as concentrações de metais

são mais elevadas nos sistemas que efetuam a limpeza dos decantadores em

grandes intervalos de tempo.

31

Segundo Barroso (2007), além das características tidas como

tradicionais na área de saneamento devem ser conhecidas as variáveis não

tradicionais, como distribuição, estrutura e tamanho dos flocos, velocidade de

sedimentação, tempo de filtração, resistência específica, lixiviação, entre outras, que

permitem uma visão mais abrangente das características dos lodos de ETA.

Segundo Santos et al. (2004) as partículas em suspensão presentes

nos lodos de ETAs são estruturas tridimensionais, irregulares, polidispersas (de

vários tamanhos) e com diferentes propriedades físicas e químicas. Cordeiro (2001)

apresentou a distribuição de tamanho de partículas de resíduos de ETAs de três

cidades e observou que entre 45% e 70% das partículas são menores que 10 µm.

Segundo Reali (1999) normalmente lodos de decantadores apresentam

resistência específica entre 5×1012 e 70×1012 m.Kg-1, enquanto lodos gerados na

lavagem de filtros apresentam valores na faixa de 0,1 a 15×1012 m.Kg-1. A resistência

específica segundo Richter (2001) é uma medida que influencia na maior ou menor

facilidade de filtração do lodo, sendo que quanto maior a resistência específica,

menor a capacidade de filtração. De um modo geral os lodos com resistência

específica menor que 1×1012 m.Kg-1 filtram com maior facilidade, a partir desse valor

a filtração é dificultada, e aqueles com resistência específica maior que 10×1012

m.Kg-1 são de difícil filtrabilidade.

A taxa de filtração do lodo representa a sua capacidade em permitir a

passagem da água através de sua massa, sendo inversamente proporcional à sua

resistência específica (CORDEIRO, 1993).

Segundo Barroso (2007) outra característica que pode auxiliar na

compreensão da sedimentação no processo de desaguamento natural de lodos de

ETAs, é a velocidade de sedimentação ou sedimentabilidade. Geralmente em lodos

de ETAs ocorre a sedimentação floculenta e / ou sazonal, porque as partículas

sólidas em suspensão possuem concentrações muito elevadas e propriedades

físicas e químicas semelhantes.

3.2.2 Influência da operação dos decantadores e filtros nas características

dos resíduos de ETA

A operação dos sistemas e processos de uma ETA influencia

diretamente as características dos resíduos gerados, tanto no que se refere às

32

quantidades quanto à qualidade (FONTANA, 2004; DI BERNARDO e DANTAS,

2005).

A quantidade de lodo armazenada no fundo dos decantadores é função

da vazão afluente, da taxa de escoamento superficial, da qualidade da água bruta,

dosagem e tipo de produtos químicos utilizados na coagulação (FONTANA, 2004).

Segundo Di Bernardo e Dantas (2005) e Ferranti (2006) o tempo de

permanência do lodo no decantador é o principal fator que influencia nas suas

características. Quando se tem uma limpeza periódica manual dos decantadores,

realizada geralmente 3 a 12 vezes por ano, por exemplo, os sólidos tendem a

compactar e adensar na base das unidades entre limpezas sucessivas, resultando

na estratificação dos mesmos.

Os decantadores convencionais sem equipamento de extração de lodo,

geralmente são limpos em intervalos de 1 a 4 meses, logo, os resíduos são bem

mais concentrados, apresentando teor de sólidos geralmente na faixa de 4 a 13%.

Nos lodos acumulados em decantadores de alta taxa ou convencionais com

equipamento de extração de lodo que realizam descargas diárias, o lodo apresenta

teor de sólidos entre 0,1 e 1% (DI BERNARDO e CENTURIONE FILHO, 2002;

GRANDIN, 1992).

Na maioria das ETAs a lavagem dos filtros é realizada em intervalos de

12 a 48 h, com duração de 4 a 15 min. A limpeza consiste na aplicação de água no

sentido ascensional, causando expansão do meio granular e liberação do material

sólido retido na camada filtrante. A concentração de sólidos suspensos na água de

lavagem dos filtros varia durante a limpeza, sendo relativamente baixa no início, e

aumentando após 1 a 3 minutos (DI BERNARDO e CENTURIONE FILHO 2002).

Na água de lavagem de filtros a concentração de SST varia entre 100 a

500 mg.L-1 (DI BERNARDO, DANTAS e VOLTAN, 2011), com valores de turbidez

segundo Silva Junior (2003) da ordem de 200 uT.

3.2.3 Métodos de quantificação da produção global de lodo em ETA

Para estimar a quantidade de resíduos gerados em ETAs em

funcionamento é necessário efetuar um estudo detalhado da qualidade da água

bruta, das dosagens de produtos químicos, da qualidade da água decantada e

filtrada, além de levantar as condições operacionais das unidades de clarificação e

33

filtração, e realizar ensaios em laboratório (DI BERNARDO, DANTAS e VOLTAN,

2011).

Em ETAs novas é possível estimar a quantidade de resíduo seco

gerado com o uso de equações empíricas por ocasião da elaboração do projeto de

instalação. Podem ser feitos ensaios de laboratório com uso de equipamento de

jarteste, medindo-se a concentração de sólidos totais da água coagulada, decantada

e filtrada para diferentes amostras de água bruta e com essas características e com

a vazão afluente de cada decantador da ETA em projeto, determina-se a massa

seca de sólidos que será diariamente retida na unidade de decantação (DI

BERNARDO, DANTAS e VOLTAN, 2011).

Segundo Cornwell (1987) a quantificação da produção de resíduos

sólidos global em ETAs pode ser realizada utilizando três métodos: método de

cálculo, método de análise de balanço de massa e determinação em campo.

Métodos de cálculos – Equações Empíricas: a quantidade de lodo gerada pode

ser calculada através de equações empíricas que considerem, por exemplo, tipo

e dosagem de coagulante, características da água, vazão de entrada de água.

As equações mais difundidas são as modeladas por Cornwell (1987). Tais

equações foram adaptadas por Ferreira Filho e Alem Sobrinho (1998),

assumindo que os residuais de alumínio de ferro sejam desprezíveis na água

tratada (Equação 1 e Equação 2).

Equação 1

Equação 2

Em que:

PL = produção de lodo seco (g.hab.d-1)

q = coeficiente de consumo per capita (L. hab.d-1)

k1 = coeficiente do dia de maior consumo

DAl = dosagem de alumínio, expresso como Al (mg.L-1)

DFe = dosagem de ferro, expresso como Fe (mg.L-1)

SS = concentração de sólidos suspensos totais na água bruta (mg.L-1)

34

CAP = concentração de carvão ativado em pó (mg.L-1)

OA = outros aditivos (sílica ativada, polímeros, entre outros) (mg.L-1)

Nas Equações 1 e 2, os coeficientes 4,89 e 2,88 foram obtidos

partindo-se do pressuposto de que todo o alumínio ou ferro adicionado na água

bruta precipita-se como hidróxido metálico e que cada molécula de Fe(OH)3 ou

Al(OH)3 é incorporada cerca de três a quatro moléculas de água.

Método de balanço de massa: segundo Fontana (2004) e Cordeiro (2001) o

balanço de massa de sólidos gerados em ETAs convencionais, pode ser feito

considerando a vazão de entrada da água bruta, a concentração de sólidos

presentes na água bruta e dosagem dos produtos químicos adicionados ao

processo, como mostra a Figura 4.

Figura 4– Fluxograma do balanço de massa de uma ETA convencional

Fonte: Cordeiro (2001)

Cornwell (1987) apresentou a equação que melhor representa o

balanço de massa de produção de sólidos em decantadores de ETA, dada por:

Equação 3

Em que:

W = quantidade de lodo (kg.d-1);

Q = vazão de adução da água (L.s-1);

35

D = dosagem de sulfato de alumínio (Al2(SO4)3.14 H2O) (mg.L-1);

T = turbidez da água bruta (uT);

A = dosagem de auxiliares ou outros produtos adicionados (mg.L-1).

Medição física do volume de lodo do decantador em ETA: segundo Fontana

(2004) a quantidade de lodo pode ser avaliada mediante determinação da

topografia da camada existente ao longo do decantador por meio de

equipamento especifico. A quantidade de lodo e medida pela altura da camada

de lodo no fundo do decantador, e esta relacionada com o nível de água na

superfície do decantador. São retiradas do fundo do decantador amostras de

lodo a fim de determinar a porcentagem de sólidos secos em cada seção

longitudinal do decantador previamente estabelecidas.

Nos filtros é possível estimar a massa seca retida por carreira de

filtração e o volume de água gerado em cada lavagem assumindo-se a condição

crítica em que a duração da carreira de filtração seja no mínino de 24 h e tendo-se a

vazão por filtro (DI BERNARDO, DANTAS e VOLTAN, 2011).

3.3 IMPACTOS AMBIENTAIS RELACIONADOS AO DESCARTE DE LODOS DE

DECANTADORES DE ETAs EM CORPOS DE ÁGUA

Historicamente os resíduos gerados em ETAs têm sido lançados

diretamente nos corpos de água, geralmente no mesmo manancial que a ETA

processo água. Porém sabe-se que o lançamento de qualquer resíduo líquido ou

sólido, altera significativamente a qualidade do corpo receptor.

Segundo Achon, Megda e Soares (2005) dentre os impactos mais

relevantes que o descarte de lodo de ETA pode causar num corpo de água, pode-se

citar a depleção na concentração de oxigênio dissolvido, alteração da biota aquática,

mortalidade da comunidade bentônica de invertebrados, mortalidade de peixes,

redução do volume útil do rio, deficiências renais no ser humano, doenças

cardiovasculares. Além disso, há aumento na turbidez, concentração de sólidos, cor

aparente, alteração de pH, etc.

36

A Figura 5 e Figura 6 mostram a foto de um manancial com sua

características naturais e após receber os resíduos de ETA. Nota-se mudanças

significativas nas características estéticas do manancial receptor.

Figura 5 – Corpo de água natural em condições naturais – antes de receber os lodos de ETA

Figura 6– Corpo de água após receber os lodos de ETA

Fonte: Ribeiro, 2007 Fonte: Ribeiro, 2007

Na Figura 7 é apresentada a rede de interação elaborada por Achon,

Megda e Soares (2005) a partir do levantamento dos impactos oriundos do

lançamento in natura do lodo de ETA em corpos de água.

37

Figura 7 – Rede de interação dos impactos oriundos do lançamento in natura do lodo de ETA em corpos de água

Fonte: Adaptado Achon, Megda e Soares (2005)

Cordeiro (1999) estudou as condições de sólidos sedimentáveis, DQO,

sólidos totais e metais ao longo de 1.000 metros do corpo receptor de lodo de ETA.

Os resultados revelaram que as características do córrego sofreram mudanças

bruscas, com parâmetros que aumentaram cerca de 100 vezes da condição natural.

Segundo Achon, Megda e Soares (2005) e Barbosa (2000) os impactos

provocados pelo lançamento in natura de lodos de ETAs estão associados

principalmente à grande concentração de metais, especialmente Alumínio e Ferro,

que quando dispostos em rios com baixa velocidade podem afetar a camada

bentônica dos rios, pela formação de bancos de lodo, assoreamento do curso de

água, alterações na cor, na composição química e biológicas dos biota aquática.

Barbosa et al. (2000) consideram que existem poucos trabalhos que

abordem a toxicidade dos lodos de estações de tratamento de água, embora

existam resultados que apontam para efeitos deletérios, diretos ou indiretos do

alumínio à vida aquática.

38

Barbosa et. al., (2000) avaliaram a toxicidade aguda e crônica de lodo

de duas ETAs frente à Daphnia similis (cladocera, crustacea). Os autores concluíram

que os lodos das duas ETAs não causaram toxicidade aguda aos organismos-teste.

O lodo da ETA que utilizava cloreto férrico causou toxicidade crônica, evidenciada

pela baixa produção de neonatas e alta taxa de mortalidade, enquanto o lodo da

ETA que utilizava sulfato de alumínio causou toxicidade crônica evidenciada apenas

em relação à produção de neonatas.

A toxicidade dos lodos gerados em ETAs, para plantas, seres humanos

e organismos aquáticos, depende de fatores tais como: características da água

bruta; produtos químicos utilizados no tratamento e possíveis contaminantes

contidos nesses produtos; reações químicas ocorridas durante o processo; e forma

de remoção e tempo de retenção do lodo nos decantadores (CORDEIRO, 1999).

3.4 ASPECTOS LEGAIS RELACIONADOS A LODOS DE DECANTADORES DE

ETAs

Segundo a Lei nº 12.305 / 2010 – Política Nacional dos Resíduos

Sólidos, resíduos sólidos é: “todo material, substância, objeto ou bem descartado

resultante de atividades humanas em sociedade, a cuja destinação final se procede,

se propõe proceder ou se está obrigado a proceder, nos estados sólido ou

semissólido, bem como gases contidos em recipientes e líquidos cujas

particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou em

corpos d'água, ou exijam para isso soluções técnica ou economicamente inviáveis

em face da melhor tecnologia disponível.”

A NBR 10.004/04 na definição de resíduos sólidos dispõe: “... ficam

incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água,

aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como

determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na

rede pública de esgoto ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnicas e

economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia disponível.”

Guerra (2005) e Ribeiro (2007) estudaram a caracterização de lodos de

de ETAs através de ensaios de Lixiviação e Solubilização, concluindo que os lodos

39

de ETA caracterizam-se como resíduos Classe II A – não inerte, segundo as normas

da ABNT.

No Brasil, o lançamento de resíduos sólidos nos corpos de água é

regulamento pela Resolução 357/05 do Conama, a qual determina que os efluentes

de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou indiretamente,

nos corpos de água desde que obedeçam as condições e padrões de qualidade de

água estabelecidos no Capítulo III.

É importante destacar que não existe legislação específica para os

resíduos de ETA e tão pouco este resíduo é citado nas legislações, porém levando

em consideração a legislação vigente e conhecendo as características dos lodos de

ETAs e os impactos que estes podem causar no corpo de água, o lançamento de

resíduos de ETAs direta ou indiretamente nos corpos de água é uma prática ilegal.

A Lei 9.433/97 – Política Nacional dos Recursos Hídrico estabelece

que o lançamento de resíduos sólidos, tratados ou não, com fim de sua diluição,

transporte ou disposição final em corpos de água, além de outros usos que alterem

prejudicialmente a qualidade da água está sujeita a outorga do Poder Público.

O lançamento de lodos de ETA em corpos de água pode ser

considerado crime ambiental, de acordo com a Lei 9.605/98 – Crimes Ambientais,

devido aos efeitos diretos causados ao ambiente aquático. Uma vez que no capítulo

V, Seção III, artigo 54 relata que trata-se de crime ambiental: “Causar poluição de

qualquer natureza que resultem ou possam resultar danos à saúde humana, ou que

provoque a morte de animais ou a destruição significativa da flora”. Além disso, no

parágrafo 2º, inciso V, diz que se o crime: ocorrer por lançamento direto de resíduos

sólidos, líquidos ou gasosos em desacordo com as exigências estabelecidas em leis

ou regulamentos, a pena prevista é de reclusão de um a cinco anos.

No estado do Paraná a Secretaria de Estado de Meio Ambiente e

Recursos Hídricos – SEMA por meio da Resolução 001 de 2007 dispõe sobre o

licenciamento ambiental, estabelece condições e padrões ambientais e dá outras

providencias para empreendimentos de saneamento. No artigo 7º descreve que: os

resíduos gerados nas ETEs e nas ETAs poderão ser destinados a aterros

localizados nas áreas das estações e gerenciados pelas operadoras de

saneamento, obedecendo critérios e requisitos estabelecidos pelo Instituto

Ambiental do Paraná – IAP.

40

Essas leis, juntamente com a Política Nacional do Meio Ambiente - Lei

6.938/81, trazem em seus conteúdos condições que exigem nova postura dos

gerentes dos sistemas de tratamento de água diante dos resíduos gerados e sua

disposição no meio ambiente, em função dos impactos que estes podem causar.

3.5 EVOLUÇÃO DAS PESQUISAS RELACIONADAS A RESÍDUOS DE ETAs NO

BRASIL

No Brasil as primeiras pesquisas desenvolvidas sobre o problemas dos

resíduos de ETAs foram realizadas na década de 70 por Almeida e Cordeiro, as

quais apresentavam um levantamento inicial mostrando uma compilação sobre o

tema em nível mundial (BARROSO, 2007).

Em 1981, Cordeiro apresentou na Escola de Engenharia de São Carlos

– USP, sua dissertação sobre caracterização, remoção de água e possíveis

utilizações do lodo.

Segundo Barroso (2007) após esses trabalhos, em 1987 a SABESP

realizou um estudo para solucionar o problema de lodos das ETAs da Região

Metropolitana de São Paulo. As soluções propostas foram adoção de centrífugas,

filtro-prensa, filtros de areia e lagoas de lodo; porém esses sistemas não foram

implantados completamente.

Em seguida Grandin (1992) apresentou na Escola Politécnica da USP

sua dissertação sobre remoção de água de lodos de ETAs convencionais de ciclo

completo por filtro-prensas.

Em 1993, Cordeiro apresentou na Escola de Engenharia de São Carlos

– USP sua tese de doutorado, cujo trabalho envolveu um estudo detalhado sobre a

identificação dos problemas dos lodos gerados em decantadores de ETAs, tais

como quantificação, caracterização, remoção de água e impactos ambientais

provocados em cursos de água. Além disso, foram definidos ensaios de laboratório

com filtros-prensa, filtros a vácuo e leitos de secagem.

Nessa mesma época houve mudanças no campo normativo e

legislativo relacionados principalmente à proteção ambiental, o que influenciou e

acentuou a preocupação com o tema, aumentando as pesquisas sobre o assunto

41

assim como o número de ETAs que passaram a adotar um sistema de tratamento de

resíduos.

Dentre os estudos realizados e relacionados às formas de clarificação

de lodos, redução de volume, quantificação e caracterização desses resíduos pode-

se citar Scalize e Di Bernardo (2000), Ferranti (2006), Silva Junior (2003), Barroso

(2002), Souza (2004).

Em 2000, Barbosa realizou um estudo inovador, no qual avaliou o

impacto que os resíduos de ETA podem causar à biota aquática através de testes de

toxicidade.

Tiveram início os estudos sobre outras formas de disposição de lodo.

Tartari (2008) e Morita et. al., (2002) estudaram a viabilidade da incorporação de

lodo de ETAs em indústrias cerâmicas, e Andrade (2005) estudou a avaliação de

impacto ambiental decorrente do uso de lodo nessas indústrias. Enquanto Carvalho

(2000), Scalize (2003) e Chao (2006) avaliaram a possibilidade de disposição dos

lodos de ETAs junto ao sistema de tratamento de esgotos.

Dentre as técnicas de remoção de água deu-se maior destaque às

pesquisas envolvendo sistemas mecânicos em detrimento aos sistemas naturais.

Visto que no Brasil existem condições favoráveis ao desaguamento natural, Cordeiro

(1993) e (2001) iniciou um estudo sobre a modificação dos leitos de secagem

tradicionais, que passou a ser chamado Leito de Drenagem. Os resultados dos

estudos com os Leitos de Drenagem mostraram uma redução no tempo de remoção

da água livre e boa qualidade do drenado produzido permitindo sua reutilização. Em

2004, Fontana aplicou este modelo de leito de secagem em escala real na ETA do

município de Cardoso – SP e conseguiu reproduzir os resultados encontrados em

escala de laboratório obtidos anteriormente.

Os resultados promissores encontrados nestas pesquisas combinado

com as mudanças nas normas ambientais, e preocupações com a proteção

ambiental conduziram a um aumento no número de ETAs que adotam sistemas de

tratamento de resíduos no Brasil. Porém, segundo Barroso (2007), os sistemas de

desaguamento atualmente existentes no Brasil ainda possuem problemas a serem

solucionados, tanto na questão operacional quanto na disposição da torta de lodo

final.

42

3.6 ALTERNATIVAS PARA TRATAMENTO, DISPOSIÇÃO E REUSO DOS

RESÍDUOS DE ETAs

Segundo Ferranti (2006), é economicamente inviável destinar o lodo

para alguma empresa que o aceite como matéria-prima, pois o transporte torna-se

caro devido à grande quantidade de água agregada, sendo necessário realizar o

desaguamento e desidratação a fim de reduzir seu volume.

Em ETAs de ciclo completo uma alternativa de dispor adequadamente

os resíduos é coletar, homogeneizar e recircular de forma regularizada a água de

lavagem dos filtros para o início do tratamento de água, gerenciando

adequadamente a qualidade microbiológica, de forma que sejam tratados somente

os resíduos acumulados nos decantadores (DI BERNARDO e CENTURIONE

FILHO, 2002).

Quando se adota a recuperação da água de lavagem, esta é

encaminhada ao um tanque ou reservatório de regularização durante as operações

de lavagem dos filtros e bombeada para o início do processo de tratamento, sendo

recomendado que a vazão de recirculação não exceda 10% da vazão da estação,

para não causar grandes alterações nas dosagens de produtos químicos (MENDES,

2001).

Ao adotar um sistema de tratamento e disposição dos resíduos devem-

se considerar algumas condições, ressaltando-se a condição financeira, a

localização, disponibilidade de área, existência de mão-de-obra qualificada para

manutenção e operação, a quantidade de lodo produzida e qualidade da água bruta

(DI BERNARDO e CENTURIONE FILHO, 2002).

Segundo Barroso (2007) as micropropriedades e macropropriedades

devem ser determinadas e avaliadas para permitir a tomada de decisões quanto ao

processo de remoção de água e aproveitamento dos resíduos de ETAs.

Propriedades como teor de sólidos, resistência específica, compressibilidade, tensão

de cisalhamento, densidade e tamanho das partículas são características físicas que

podem afetar significativamente os processos de tratabilidade, adensamento e

desaguamento do lodo, podendo aumentar os gastos envolvidos, pois influenciam

na filtrabilidade e sedimentabilidade.

43

As tecnologias utilizadas para tratamento de resíduos de ETAs

consistem basicamente na separação sólido-líquido, aumentando a concentração de

sólidos no material sedimentado por clarificação, adensamento e desidratação, de

maneira que seja possível reutilizar o sobrenadante e dispor adequadamente o

material sólido sedimentado (DI BERNARDO e CENTURIONE FILHO, 2002;;

RICHTER, 2001).

Os lodos gerados nas ETAs apresentam, em geral, baixo teor de

matéria orgânica não necessitando estabilização biológica antes de seu

desaguamento, como é o caso dos lodos do tratamento de esgotos (SILVA JUNIOR,

2003).

3.6.1 Desaguamento de Resíduos de ETAs

O desaguamento de lodo objetiva aumentar o teor de sólidos totais

com conseqüente redução do volume de lodo. Esse processo pode ser realizado a

partir do uso sistemas naturais e/ou sistemas mecânicos de remoção de água.

Dentre os sistemas naturais podem-se citar as lagoas de lodo, leitos de

secagem, leitos de drenagem e bag de geotêxtil. Os sistemas mecânicos

comumente utilizados são as centrífugas, filtros prensa de esteira e filtro prensa de

placas.

Segundo Di Bernardo, Dantas e Voltan (2011), cada técnica de

desaguamento possui suas peculiaridades, vantagens e desvantagens, sendo

necessária para escolha da técnica a ser utilizada a realização de ensaios

preliminares. Os sistemas mecânicos envolvem altos custos de aquisição,

manutenção, além de consumir energia e produtos químicos, já os sistemas naturais

apresentam como restrições a necessidade de grandes áreas e depende das

condições climáticas.

Uma comparação entre os desempenhos das operações de

desaguamento dos lodos em termos do teor de sólidos totais - ST obtido é mostrada

na Tabela 3.

44

Tabela 3 – Comparação entre as operações de desaguamento de lodos de ETA Técnica de desaguamento Teor de ST (%)

Centrífuga 20 -30 Filtro prensa de esterias 20 -25 Filtro prensa de placas 35 -45

Leitos de secagem 20 -25 Lagoas de lodo 7 - 15

Fonte : Cornwell (1987) apud Ribeiro (2007)

Entre os diversos equipamentos de desaguamento mecânico

disponíveis atualmente no mercado, podem ser citados, em ordem crescente de

custo, segundo Richter (2001), prensa desaguadora, centrífuga, filtro prensa e filtro

rotativo a vácuo.

Diferente dos métodos naturais, a eficiência do desaguamento em

equipamentos mecânicos depende de um condicionamento prévio ao desaguamento

(NIELSEN et al, 1973 apud SILVA JUNIOR, 2003). Segundo Libânio (2005) as

tecnologias mecanizadas utilizam para o desaguamento uma combinação da

sedimentação gravitacional e filtração.

Os sistemas de desaguamento mecânico geralmente são indicados

para estações com menor disponibilidade de área e que tem como objetivo atingir

uma maior concentração de sólidos (LIBÂNIO, 2005).

O desaguamento natural utiliza apenas agentes naturais, como a

gravidade e a evaporação. Esses métodos apresentam como desvantagem a

necessidade de grandes áreas para instalação e dependem diretamente das

condições climáticas. Por necessitar de grandes áreas para instalação são mais

indicados para ETAs de pequeno porte, onde a geração de resíduos é menor.

Estudos mostraram que o Brasil reúne condições favoráveis de espaço

e recursos naturais que quando aliadas ao baixo custo de instalação e operação,

indicam potencial vantagem na adoção de sistemas naturais para o tratamento de

resíduos de ETAs (ACHON, BARROSO e CORDEIRO, 2008; DI BERNARDO,

DANTAS e VOLTAN, 2011).

As operações utilizadas para o desaguamento natural dos lodos de

decantadores de ETA, são as lagoas de lodo, os bags de geotecido e os leitos de

drenagem / secagem.

O tratamento em bags de geotecido consiste do acondicionamento do

lodo em containers ou bolsas fabricadas de material geotêxtil. O tecido apresenta

pequenos poros que permitem a passagem da água e a retenção dos sólidos

45

(LIBÂNIO, 2005). Existem bags horizontais e verticais (Figura 8 e Figura 9) os

horizontais normalmente são utilizados em instalações maiores, enquanto os bags

verticais em menores. Eles podem ser lavados e reutilizados 20 a 30 vezes. Apesar

de ser uma forma de desaguamento natural, nos bags de geotecido é necessária a

aplicação de polímeros (DI BERNARDO, DANTAS e VOLTAN, 2011).

Figura 8 – Bag vertical Figura 9 – Bag horizontal

Fonte: Do Autor (2012) Fonte: Do Autor (2012)

Segundo Barroso (2007) o lodo disposto nas lagoas de lodo é deixado

em repouso, proporcionando a sedimentação das partículas e o sobrenadante é

removido através de tubulações que funcionam como vertedores. Os principais

problemas desse sistema estão relacionados às variações climáticas, que é um fator

primordial no tempo de secagem do lodo, e também estão relacionados ao projeto e

à operação, principalmente relativo à remoção do sobrenadante e formação de uma

camada de água intermediária entre o fundo impermeável e camada de lodo seco,

quando da infiltração de água pluvial, conforme se observa na Figura 10

(BARROSO, 2007; CORDEIRO e ACHON, 2003)

.

46

Figura 10 – Secagem de lodo numa lagoa de lodo

Fonte: Achon e Cordeiro, 2003

3.6.1.1 Leitos de drenagem / secagem

Os leitos de drenagem / secagem é um dos métodos de desaguamento

mais antigos. Essa tecnologia tem sido utilizada para remoção de água de rejeitos

de diversos tipos de tratamento de águas residuárias e de abastecimento desde o

início do século XX, e a partir de então, vem sendo aplicada praticamente sem

mudança considerável em sua estrutura física.

Segundo Cordeiro (2001) em locais onde há a disponibilidade de

grandes áreas próximas às ETAs, a adoção dos leitos de drenagem / secagem é a

solução mais fácil, uma vez que não serão elevados os custos relacionados ao

transporte do lodo e de retorno da água drenada. Para instalação de um leito de

drenagem / secagem seria interessante que a área esteja situada em cotas mais

baixas que os decantadores, evitando o bombeamento do lodo bruto.

A técnica dos leitos de drenagem / secagem assemelha-se à filtração,

aonde as partículas formam uma torta na superfície do meio filtrante e a massa de

sólidos retida atua por si própria, como filtro (RICHTER, 2001).

Nos leitos de drenagem / secagem os mecanismos de desaguamento

consistem essencialmente em decantação, percolação (drenagem) e evaporação,

sendo influenciadas principalmente pela temperatura e umidade do ar, viscosidade

do lodo adensado e ação dos ventos (DI BERNARDO, DANTAS e VOLTAN, 2011;;

RICHTER, 2001).

Geralmente para lodos in natura com teor de sólidos totais entre 1,5 e

3% obtém-se lodo desaguado com teor de SST de 10 a 20% (DI BERNARDO,

47

DANTAS e VOLTAN, 2011). Reali (1999) relata que o lodo desidratado apresenta

umidade entre 30 a 40%, com início de rachaduras e destacamento da superfície.

Segundo Reali (1999) as características físico-químicas do material a

ser desidratado, a espessura da camada aplicada, o teor de sólidos, o tipo de lodo a

ser desidratado, condicionamento do lodo, as condições climáticas do meio, bem

como as características e condições do meio de drenagem são fatores que podem

afetar o desempenho de um leito de secagem.

A Figura 11 mostra o esquema de um leito de secagem tradicional,

onde a camada de suporte constituída por pedregulho ou pedra britada, tem como

finalidade suportar a camada de areia grossa, manter a espessura uniforme do lodo,

favorecer a percolação do filtrado em toda área e direcionar o líquido drenado para a

tubulação perfurada. O pedregulho ou pedra britada tem tamanho entre 3,2 a 25,4

mm, e é colocado em subcamadas de modo a favorecer o suporte. A areia utilizada

apresenta grãos de 0,42 a 2,4 mm e tamanho efetivo de 0,5 a 0,6 mm, sendo a

camada de areia formada com espessura de 0,15 a 0,30 m. Nesse sistema a

profundidade total raramente excede 1,5 m (DI BERNARDO, DANTAS e VOLTAN,

2011).

Lopes et al. (2005) avaliaram o desaguamento de lodo de ETA em

leitos de secagem em dois leitos convencionais de 1 m2, um coberto e um

descoberto. A pesquisa foi realizada em duas etapas com duração de 21 dias, as

alturas de lodo na 1º e 2º etapa foram 30 e 60 cm, respectivamente. Os resultados

obtidos nas duas etapas mostraram que o teor de sólidos totais no lodo variou de 17

a 19% nos leitos cobertos e de 22 a 28% nos leitos descobertos.

Cordeiro (1993, 2000) estudou a possibilidade de modificação da

estrutura do leito de secagem convencional (pedregulho e areia) e observou que a

colocação de manta de geotêxtil sobre a camada filtrante do leito possibilitava a

remoção mais efetiva da água livre dos lodos, mesmo utilizando areias de

construção (grossa e fina), como meio filtrante, definido como Leito Modificado 1. Os

resultados obtidos evidenciaram que a areia e a espessura da camada filtrante não

eram decisivos na remoção de água livre. Os estudos evoluíram e no Programa de

Pesquisa em Saneamento Básico - PROSAB 2 – Tema 4, Cordeiro (2001)

desenvolveu a proposta de um Leito Modificado 2, onde a areia foi removida e o leito

constituído de uma camada de brita 01 com 5 cm, sobreposto da manta geotêxtil,

com a camada de lodo atingindo até 50 cm. A Figura 11 ilustra a evolução dos

48

sistemas de leitos de secagem, estudada por Cordeiro (1993, 2000 e 2001) desde o

modelo tradicional até o desenvolvido no PROSAB.

Figura 11 – Etapas de desenvolvimento dos sistemas de leitos de secagem

Fonte: Cordeiro (2001)

Cordeiro (2001) observou que o tempo de drenagem da água livre

diminuiu bruscamente com o novo arranjo (Modificado 2), o qual passou a ser

chamado Leito de Drenagem. O Gráfico 1 mostra os tempos de drenagem dos

modelos Modificado 1 e Modificado 2. É possível visualizar que o leito Modificado 2,

tem uma eficiência superior no que diz respeito ao volume filtrado para um

determinado tempo de drenagem.

Gráfico 1 - Curvas de remoção de água filtrada de sistemas, modificado por Cordeiro 1993 e remodelado em 2001.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 50 100 150 200 250

Tempo (min)

volu

me

filt

rado

(mL)

Modificado 1 Modificado 2

Fonte: Cordeiro (2001)

As mantas geotêxteis são permeáveis e flexíveis, produzidas a partir de

fibras sintéticas e polímeros, polietileno, poliamida, poliéster e polipropileno. Suas

propriedades dependem das propriedades gerais dos polímeros usados e do método

de fabricação (estrutura do geotêxtil) (BARROSO, 2007).

49

Nas construções, em geral, as mantas geotêxteis são utilizadas em

sistemas de drenagem e filtração, aterros, taludes, recapeamento asfáltico e outras

aplicações, atuando como elemento com excelentes características mecânicas e

hidráulicas.

Empregada como elemento de filtração as mantas geotêxteis não se

diferenciam dos materiais granulares convencionais. Qualquer material filtrante deve

atender a dois requisitos básicos: manter a capacidade drenante eficiente e

proporcionar a retenção das partículas. No caso do uso de mantas geotêxteis, é

necessário que estas apresentem um coeficiente de permeabilidade elevado e uma

distribuição de tamanho de poros, que sejam capazes de promover a capacidade

drenante da água, e proporcionar a retenção das partículas sólidas (FREITAS, 2003;

BARROSO, 2007).

Segundo Barroso (2007) para avaliar o uso de manta geotêxtil como

material filtrante é necessário o conhecimento das seguintes propriedades

hidráulicas:

permeabilidade normal à manta, que permite avaliar a facilidade com que o fluido

passa através do meio poroso;

permeabilidade no plano da manta ou transmissividade, que é a capacidade de

fluxo hidráulico no plano geotêxtil;

porosidade, porometria e abertura de filtração, sendo a porosidade a relação de

volume de vazios e volume da amostra, a porometria é a medida das dimensões

dos poros e sua distribuição, e a abertura de filtração está relacionada à abertura

do geotêxtil equivalente à partícula de maior diâmetro que consegue atravessar a

manta.

O desaguamento de lodo de ETAs por leito de drenagem segundo

Barroso (2007), pode ser entendido como filtração de partículas em suspensão.

Nesse processo, quando a partícula carreada encontra o filtro ela tende a se

depositar na superfície, ocorrendo a colmatação da manta e conseqüente perda de

carga no sistema, porém sem redução na eficiência do sistema filtrante ao longo do

tempo.

O fenômeno de colmatação afeta diretamente a capacidade drenante

do meio poroso, fazendo o fluxo diminuir à medida que os espaços vazios diminuem.

Segundo Barroso (2007), as causas da colmatação podem ser físicas, químicas ou

biológicas.

50

A colmatação causada por ação física está relacionada à ação de um

gradiente hidráulico sob a manta geotêxtil provocando um fluxo unidirecional, onde a

colmatação pode ocorrer por três formas, como mostra a Figura 12, (i)

bloqueamento, quando as partículas se posicionam sobre as aberturas do geotêxtil

obstruindo-o totalmente ou parcialmente, o que pode acontecer independente do

tempo de funcionamento do filtro; (ii) por cegamento, quando partículas finas se

agrupam e formam uma camada de baixa permeabilidade sobre a face do geotêxtil;

ou (iii) por colmatação propriamente dita, que ocorre quando partículas com

diâmetro próximos às aberturas do geotêxtil ficam retidas ao longo da espessura do

material (BARROSO, 2007).

Figura 12 – Formas de colmatação da manta geotêxtil por ação física

Fonte: Adaptado John (1987) apud Barroso (2007)

Segundo o mesmo autor, a colmatação química é resultante de

carbonatos e sulfatos dissolvidos no fluido, que ao atravessar o geotêxtil formam

cristais de sais ocupando os vazios no meio poroso. E a colmatação biológica é

resultado da presença de microorganismos no fluido que promovem o crescimento

de biofilmes sobre a manta.

Além da colmatação, uma vez em uso o geotêxtil está sujeito a

diversos processos de degradação, dentre eles o ataque mecânico, o qual pode

advir de uma ação abrasiva ou pela ação de animais, insetos, bactérias, etc. Além

disso, pode ocorrer o ataque químico, quando o geotêxtil é submetido ao contato

com lodos muito ácidos ou muito básicos. Tais ataques podem causar inchamento

das fibras, danos na estrutura fragilizando o geotêxtil (FREITAS, 2003).

Machado, Lucena e Vieira (2006) compararam o desaguamento de

lodo de ETA em leitos de secagem convencionais e modificados. Os resultados

mostraram que ambos os leitos são eficientes para remoção dos diferentes

51

parâmetros analisados, porém, a qualidade e quantidade de liquido drenado foi

superior no leito modificado.

Achon, Barroso e Cordeiro (2008) realizaram estudos com os novos

leitos modificados, chamados Leitos de Drenagem, os resultados mostraram a

diminuição do tempo de remoção da água livre e obtenção de drenado de boa

qualidade, passível de reutilização ou recuperação. A drenagem da água livre para o

lodo de PACl foi de 1 hora e para o de sulfato de alumínio 7 horas. Segundo os

autores, o tempo necessário para secagem do lodo foi em média igual a sete dias,

independente do volume de lodo disposto no leito, aonde foi possível reduzir 87% do

volume de lodo de PACl e 83% do volume de lodo de sulfato de alumínio. A

porcentagem de sólidos totais ao final dos 7 dias foi de aproximadamente 28% para

o lodo de PACl e 31% para o lodo de sulfato de alumínio.

Fontana (2004), no município de Cardoso-SP, construiu um leito de

drenagem em escala real, com área de 60 m2 e altura de 0,50 m, precedido por um

sedimentador. Utilizou-se manta geotêxtil do tipo não tecida de poliéster, com

densidade 600 g.m-2, abertura de 0,06 a 0,13 μm e espessura de 4,4 mm. A altura

de lodo disposta nos leitos foi de 40 cm e 50 cm, e a drenagem da água livre ocorreu

em 36 horas. Os resultados obtidos demonstraram elevado desempenho no

desaguamento de lodo, com redução de 98% do volume de resíduos, reduções de

SST superiores a 99% e de DQO maiores que 98%. Além disso, o drenado

apresentou valores de turbidez, pH, sólidos e DQO passíveis de recirculação para o

início da ETA, conforme apresentados na Tabela 4.

Tabela 4 – Características do lodo bruto e do drenado da ETA Cardoso Parâmetros Lodo do Decantador Líquido Drenado

Turbidez (uT) - 0,9 pH 7,0 6,8

Sólido sedimentável (mg/L) 850 0,03 Sólido total (mg/L) 28263 285 Sólido fixo (mg/L) 20032 107

Sólido volátil (mg/L) 8231 178 Sólido suspenso total (mg/L) 28400 14 Sólido suspenso fixo (mg/L) 5350 4

Sólido suspenso volátil (mg/L) 23050 10 (--) Não determinado

Fonte: adaptado Fontana (2004)

No trabalho desenvolvido por Fontana (2004), foi demonstrado o

potencial uso do Leito de Drenagem para desaguamento de resíduos de ETAs.

52

Porém, não foi possível avaliar a influência das variáveis climáticas e nem a

compreensão mais detalhada do comportamento dos resíduos de ETAs durante as

fases de drenagem e de secagem.

Barroso (2007) estudou a influência das micro e macro propriedades do

lodo de ETA, através do desaguamento de lodos de sulfato de alumínio e PACl em

leitos de drenagem. A taxa de aplicação utilizada pelo pesquisador variou de 0,04 à

7,35 kg.m-2. Assim como na pesquisa realizada por Achon, Barroso e Cordeiro

(2008), o tempo de drenagem da água livre para o lodo de PACl foi de 1 hora e para

o de sulfato de alumínio foi de 8 horas. Foi possível obter reduções de volume na

ordem de 80 e 90% para os lodos de sulfato de alumínio e PACl, e teores de sólidos

de 30 à 90%.

O potencial de filtração de um geotêxtil segundo Freitas (2003) está

associado à porosidade, à porometria e ao tamanho do poro. De forma que, quanto

menor a abertura dos poros maior é a capacidade de filtração.

Lima (2010) e Macedo (2010) avaliaram diferentes tipos de leitos de

drenagem / secagem em escala reduzida e piloto, com uso de manta geotêxteis em

poliéster por meio de experimentos de laboratório. Foram considerados como

aspectos técnicos de projeto a taxa de aplicação de sólidos (TAS) em 3 tipos de

gramatura de manta geotêxtil (150, 300 e 600 g.m-2) e a eficiência, avaliada pela

caracterização do lodo afluente ao leito de drenagem, da água drenada e do lodo

retido no leito de drenagem. Os autores concluíram que a combinação da manta de

600 g.m-2 e TAS entre 2,5 e 3,0 kg.m-2 proporcionou melhores resultados de

eficiência em relação à produção de drenado. Os estudos apresentaram resultados

promissores por possibilitar a adequação das características do drenado para

descarte em corpos de água doce classe II e possibilitar a recirculação de 78 a 83%

do volume de água drenada para produção de água na ETA.

Oliveira (2010) estudou a secagem natural do lodo em leitos de

secagem piloto convencionais, em leitos de secagem piloto alternativos com

geotêxtil não tecido - bidim com gramatura de 600 g.cm-2 e em leitos de secagem

piloto alternativos com geotecido com gramatura de 133 g.cm-2. A Tabela 5 mostra

os parâmetros de projeto aplicados pela autora em cada concepção de leito.

53

Tabela 5 – Parâmetros de projetos estudados por Oliveira (2010) Leitos Volume de lodo (L) ST (mg.L

-1) TAS (kg.m

-2)

Convencionais 40 8984 3,17 57 8984 4,52 74 8984 5,86

Alternativos 40 8984 2,24 57 8984 3,2

Fonte: Adaptado Oliveira (2010)

Oliveira (2010) avaliou a evolução da altura da lâmina de lodo nos

leitos e a concentração de sólidos nos leitos, e o volume e as características do

drenado, em um período de 30 dias, tendo início no dia 19 de maio de 2010. Nesse

período a temperatura média foi de 14ºC, com uma precipitação total de 75,4 mm,

condições que prejudicaram a secagem do lodo em função do acúmulo de água da

chuva nos leitos. No 30º dia de monitoramento os teores de sólidos nos leitos

convencionais apresentaram valores entre 25,9 a 40,4%, nos leitos alternativos com

bidim os valores foram de 17,8 e 27,8% e nos leitos alternativos com geotecido

foram 5 e 7,7%. Segundo a autora os leitos que apresentaram drenados com melhor

qualidade foram os leitos alternativos com bidim, seguidos dos leitos alternativos

com geotecido e leitos convencionais.

Achon, Barroso e Cordeiro (2005) relatam que a evaporação,

ventilação, temperatura e principalmente a umidade relativa do ar, são proporcionais

à redução de volume e às variações do teor de sólidos totais durante a secagem do

lodo .Barroso (2007) estou a influência da precipitação, umidade relativa do ar,

insolação, evaporação, vento e temperatura, na fase de secagem do lodo. Segundo

o pesquisador, a ocorrência de precipitação não influenciou na incorporação de água

na massa de lodo, porém o aumento da umidade do ar afetou a secagem do lodo. O

autor considera a evaporação como uma variável utilizada para indicar de forma

indireta o fluxo de umidade perdida no lodo. Pode-se dizer que a ventilação auxiliou

na secagem do lodo, uma vez que as curvas diárias de variação de ventilação e teor

de sólidos foram proporcionais.

3.6.2 Disposição final dos lodos de ETAs

O conhecimento prévio da natureza química dos resíduos é necessário

a fim de assegurar que estes sejam dispostos de forma compatível, sem trazer

prejuízos. Existem várias alternativas de disposição final do lodo de ETA

54

desidratado, as quais dependem da viabilidade técnica, econômica e ambiental.

Dentre as alternativas usualmente utilizadas, pode-se citar: aplicação ao solo,

aterros sanitários, tratamento junto com esgotos sanitário na Estação do Tratamento

de Esgoto – ETE, incineração, fabricação de cimento e tijolos.

Segundo Di Bernardo e Centurione Filho (2002) e Cordeiro (1999) o

principal inconveniente no uso de aterros é a concentração de sólidos, que deve ser

acima de 20%. Pois lodo com elevados teores de umidade podem interferir no

desempenho do aterro por não apresentar características semelhantes ao solo

comumente utilizado. Segundo Rodriguez et. al. (2011) uma das possibilidades de

dispor o lodo de ETA desidratado em aterros sanitários sem reduzir a capacidade do

aterro, é a aplicação do lodo compactado ou de traços solo-lodo compactado na

forma de camada de cobertura ou de impermeabilização de fundo, substituindo o

solo compactado geralmente utilizado.

O lançamento de lodo de ETA nas ETEs via rede coletora de esgoto é

uma alternativa que eliminaria a implantação de um sistema de tratamento de lodo

nas próprias ETAs. Porém essa alternativa deve ser criteriosamente analisada, pois

segundo Ferranti (2006) essa atividade pode trazer alguns prejuízos as unidades da

ETE, principalmente nos digestores de lodo e nos decantadores primários que irão

receber a maior parte das impurezas desses resíduos. Melo et al., (2003) avaliaram

o impacto do recebimento de lodo de ETA na ETE Franca por dois anos, e

concluíram que o recebimento de lodo na ETE não reduziu significativamente a

eficiência de remoção dos parâmetros analisados.

Os principais componentes do cimento são a CaO, SiO2, Al2O3 e

Fe2O3, os quais também podem ser encontrados nos lodos de ETA, podendo ser

utilizados em certas proporções como matéria-prima de produtos cerâmicos

(RICTHER, 2001). Porém, segundo Megda, et al. (2005) , a alta concentração de

matéria orgânica, e presença de antracito ou carvão ativado, sulfato, permanganato

de potássio e metais pessados no lodo podem comprometer a qualidade do cimento

produzido.

Sales e Cordeiro (2001) estudaram a possibilidade de utilização de

lodos de ETA secos em conjunto com resíduos de construção e demolição no

preparo de argamassa e concretos não-estruturais. Os resultados obtidos mostraram

que a adição de 3% de lodo (em relação à massa de agregado miúdo) possibilita a

obtenção de concretos com resistência mecânica e absorção similares às do

55

concreto natural. Segundo Megda, Soares e Achon (2005) a aplicação de lodo de

ETA na fabricação de tijolos pode ser realizado durante o processo de fabricação do

produto ou diretamente na própria jazida onde a argila é retirada, onde ele

inicialmente deve ser desidratado e aplicado na proporção de 10% de lodo

misturado com argila, neste caso é desejável que o lodo tenha umidade maior que

20%. Para aplicação durante o processo a umidade deve ser igual ou maior que

50%.

A aplicação de lodo de ETA no solo, consiste basicamente em dispor o

lodo na agricultura, o qual pode ser aplicado na forma líquida, semi-sólida ou sólida.

Lodos de sulfato de alumínio ou de cal servem como condicionadores do solo,

tornando-o mais poroso, retendo assim mais umidade e aumentando sua

coesividade. Porém, o alumínio presente no lodo pode fixar o fósforo no solo,

evitando sua assimilação pelas raízes das plantas, por isso limita-se a aplicação de

lodo de sulfato de alumínio a um máximo de 2,2 a 4,4 kg.m-2 (RICHTER, 2001).

56

4 MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo são apresentados os materiais e métodos do

desenvolvimento experimental relacionados aos ensaios de desaguamento em

escala reduzida – Etapa I e em escala piloto – Etapa II. São também detalhados os

ensaios específicos para avaliar influência da execução de sucessivos

desaguamentos na manta geotêxtil. Por fim, são apresentados os materiais e

métodos dos estudos realizados visando a disposição final da torta de lodo

desidratada como camada de cobertura ou de impermeabilização de fundo de

células em aterros sanitários em substituição ao solo.

Apresenta-se a seguir, a descrição das características das Estações de

Tratamento de Água – ETAs Cafezal e Tibagi do município de Londrina - PR, das

quais foram coletados os lodos de estudo tipos A e B, respectivamente.

4.1 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA CAFEZAL

No sistema de tratamento Cafezal, a água bruta é captada no Ribeirão

Cafezal, localizado a aproximadamente 6,5 km da ETA e bombeada utilizando-se

dois ou três conjuntos de bombas, seguindo por gravidade até a ETA.

Atualmente a ETA Cafezal tem capacidade de produção de água

potável de aproximadamente 715 L.s-1. O tratamento é realizado por ciclo completo,

composto pela seqüência dos processos de coagulação, floculação, sedimentação,

filtração e quando necessário, são realizados os processos de adsorção e pré-

oxidação.

Na chegada da água bruta na Calha Parshall é realizada a aplicação

de Cloreto Férrico Hexahidratado (FeCl3. 6H2O) para coagulação e de Cal Hidratada

para ajuste de alcalinidade. Além disso, pode ser realizada a aplicação de Cloro a

fim de reduzir o teor de ferro, manganês e evitar a proliferação de algas que podem

causar gosto e odor indesejados na água ou ainda obstruir o meio granular dos

filtros.

Após o processo de floculação, tem-se início a sedimentação dos

flocos formados com conseqüente clarificação da água nos decantadores. A ETA

57

Cafezal opera atualmente com cinco decantadores convencionais de fluxo

horizontal, sendo três decantadores no módulo 1 e dois no módulo 2.

Em seguida, a água decantada é encaminhada aos filtros, tendo início

a filtração. A ETA possui quatro filtros em cada módulo, totalizando oito filtros, os

quais são constituídos por cinco camadas filtrantes de diferentes granulometrias.

Sabe-se que nas ETAs de ciclo completo a maior quantidade de lodo

em termos mássicos é gerada nos decantadores. Na ETA Cafezal os decantadores

do módulo 1 que tem capacidade de 900 m3 acumulam aproximadamente 240 m3 de

lodo cada um, já os decantadores do módulo 2 com capacidade de 1.500 m3,

acumulam aproximadamente 375 m3 de lodo cada um.

Semanalmente é realizada a limpeza de um dos decantadores da ETA,

de modo que o período médio de acumulação de lodo em cada decantador resulte

da ordem de 35-40 dias. Para limpeza, cerca de 50% do volume superior do

decantador - sobrenadante, é encaminhado para um reservatório de recepção de

300 m3, que recebe também a água de lavagem dos filtros, de onde é recalcado

para o início do tratamento de água.

O restante da água – lodo, que permanece no decantador, e que

corresponde a 50 % do volume do mesmo, tem grande concentração de sólidos e é

encaminhada para um reservatório de aproximadamente 1.000 m3 de capacidade.

Este reservatório é dotado de agitadores submersíveis (comandados por sensores

de nível) para manter o lodo em suspensão durante o recalque para a rede coletora

de esgotos, seguindo por gravidade até a Estação de Tratamento de Esgotos da

região sul da cidade.

Para a limpeza total do fundo dos decantadores é necessário aplicar

água sob pressão, para retirada do lodo acumulado no fundo do decantador.

A Figura 13 e Figura 14 mostram as fotos da limpeza de um dos

decantadores convencionais da ETA Cafezal durante seu esvaziamento e retirada

do lodo acumulado no fundo do decantador.

58

Figura 13 - Lodo acumulado no decantador convencional após esvaziamento completo para

limpeza

Figura 14 – Remoção final do lodo acumulado no decantador por jateamento

Fonte: Do Autor (2012) Fonte: Do Autor (2012)

4.2 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA TIBAGI

A captação de água no sistema de tratamento de água Tibagi é

realizada no Rio Tibagi, localizado a 12 km da ETA, fazendo-se uso da pré-cloração

quando necessária. Na ETA Tibagi é adotado o tratamento de ciclo completo,

composto pela seqüência dos processos de coagulação, floculação, sedimentação e

filtração.

A ETA atualmente opera com capacidade de produção de 1.200 L.s-1.

Assim que a água chega à estação, passa, pela calha Parshall, onde recebe a

aplicação de Hidróxi-cloreto de Polialumínio (PAC) para coagulação e de Cal

Hidratada para ajuste de alcalinidade e em seguida, a vazão é dividida em 2

módulos de 600 L.s-1 cada um.

A etapa de floculação é composta por 36 câmaras, que operam em

sistema hidráulico por chicanas verticais. A água floculada segue para os

decantadores de alta taxa, onde ocorre a sedimentação das partículas pela ação da

gravidade. A ETA Tibagi conta com oito decantadores com capacidade de 175 m3,

os quais são dotados de placas paralelas de cimento amianto e projetados para uma

taxa de operação nomimal de 180 m3.m-2.d-1.

Para o processo de filtração, a ETA possui doze filtros com sete

camadas filtrantes de diferentes granulometrias, que operam com taxa de filtração

média de 299 m3.m-2.d-1. A desinfecção final é feita por meio da aplicação de cloro.

59

A limpeza dos decantadores é realizada quinzenalmente ou em um

período menor de tempo conforme a necessidade. Inicialmente é realizada a

descarga parcial do sobrenadante, e em seguida aplica-se água sob alta pressão

nas telas, placas e paredes do decantador. O lodo produzido é encaminhado a um

tanque de equalização, e posteriormente é descartado em um corpo de água

próximo, o córrego dos Piriquitos.

A Figura 15 mostra os decantadores de alta taxa da ETA Tibagi.

Figura 15 – Decantadores de alta taxa da ETA Tibagi

Fonte: Do Autor (2012)

4.3 ENSAIOS DE DESAGUAMENTO

Todos os ensaios de desaguamento em leito de drenagem / secagem

foram realizados com lodos frescos, logo após a coleta, nos protótipos montados no

Laboratório de Saneamento da Universidade Estadual de Londrina – UEL.

Foram utilizados manta geotêxtil de 600 g.m-2 (baseados nos dados de

Lima (2010), Macedo (2010) e Cordeiro (2001)), taxa de aplicação de sólidos - TAS

de 7,5 kg.m-2 e taxa de aplicação volumétrica – TAV de 15 m3.m-2.d-1. Na Tabela 6

são mostradas as características da manta geotêxtil utilizada.

60

Tabela 6 - Características da manta geotêxtil utilizada nos ensaios de desaguamentos Gramatura

(g.m-2

) Permissividade

(s-1

) Permeabilidad

e normal (cm.s

-1)

Abertura aparente de

infiltração (mm)

Composição química

Deformação geotêxtil

600 1,00 0,35 0,15 a 0,11 100% Poliéster

>60

Fonte: Maccaferri Ltda

A taxa de aplicação de sólidos – TAS de 7,5 kg.m-2 foi definida em

função do tempo de drenagem requerido até a extinção da lâmina líquida, limitado a

2 dias, após a realização de ensaios preliminares com TAS de 5,0; 7,5 e 10 kg.m-2

no protótipo de escala reduzida.

A TAS refere-se à quantidade de sólidos em kg aplicados em 1 m2 de

área do leito de drenagem / secagem, e pode ser calculada através da Equação 4.

Baseado nas concentrações de sólidos dos lodos iniciais utilizados neste trabalho,

considerou-se para efeito de cálculo densidade relativa igual a 1.

Equação 4

A taxa de aplicação volumétrica - TAV refere-se à vazão de líquido

(lodo) aplicado em 1 m2 de área do leito de drenagem / secagem e pode ser

calculado através da Equação 5.

Equação 5

Foram utilizados os lodos de decantadores tipo A, proveniente da ETA

Cafezal, que trata água de manancial com características predominantemente

inorgânico e utiliza o cloreto férrico como coagulante químico, e tipo B, proveniente

da ETA Tibagi, que trata água de manancial com características predominantemente

orgânico e utiliza o hidróxi-cloreto de polialumínio como coagulante químico.

Cada ensaio de desaguamento foi dividido em duas fases distintas e

consecutivas: fase de drenagem (até a extinção da lâmina líquida) e fase de

secagem, com duração total entre 7 e 15 dias, visando atender uma condição de

demanda operacional crítica, passível de aplicação em ETAs de pequeno porte.

61

Durante a fase de drenagem, todo a água drenada foi coletado em

frascos de volume preestabelecido e acondicionados sob refrigeração para posterior

análise.

Para avaliar o impacto da carga de poluição / contaminação gerada

pelo lançamento dos lodos drenados em corpos hídricos receptores, considerando o

lançamento direto da totalidade do volume drenado, foi constituída uma amostra

composta dos lodos drenados - ACD IV, utilizando-se volumes fixos de todas as

amostras coletadas ao longo do tempo.

Complementarmente, foram constituídas amostras compostas dos

lodos drenados considerando a implantação de um sistema on-line de separação do

drenado produzido mediante controle de qualidade. Devido à facilidade de análise,

curto tempo de resposta e boa correlação com o teor de sólidos totais, o parâmetro

de controle de eficiência e qualidade utilizado neste trabalho foi a turbidez.

Para sistematizar os resultados em relação à qualidade de água

drenada, foram estabelecidas 2 condições de enquadramento (I e II) e 1 condição de

reaproveitamento (III):

Condição I: drenados com valores de turbidez inferiores à 40 uT considerando a

possibilidade de enquadramento da água drenada em corpos de água doce

Classe I segundo estabelecido pela Resolução 357/05 do Conama;

Condição II: drenados com valores de turbidez inferiores à 100 uT considerando

a possibilidade de enquadramento da água drenada em corpos de água doce

Classe II segundo estabelecido pela Resolução 357/05 do Conama, classificação

da maioria dos corpos hídricos receptores da região;

Condição III: drenados com valores de turbidez inferiores à 10 uT considerando

a possibilidade de reaproveitamento da água drenada no sistema de produção de

água da própria ETA.

Assim, foram constituídas amostras compostas dos lodos drenados -

considerando cada condição (ACD I, II e III), isto é, utilizando-se volumes fixos de

todas as amostras coletadas com valores de turbidez inferiores à 40; 100 e 10 uT,

respectivamente.

A avaliação da eficiência dos sistemas de drenagem foi realizada pela

caracterização quali / quantitativa dos lodos afluentes ao sistema de desaguamento,

dos drenados e tortas de lodo produzidos ao longo do tempo.

62

Os lodos iniciais tipos A e B e as amostras compostas dos drenados

(ACD I, II, III e IV) foram caracterizados quanto aos parâmetros físicos, químicos e

microbiológicos seguindo procedimentos da APHA, AWWA e WEF (2005) com

adaptações, apresentados na Tabela 7. As análises para quantificação dos metais

foram realizadas por um laboratório credenciado por prestação de serviço.

Tabela 7 – Parâmetros e métodos / equipamentos utilizados na caracterização dos lodos e drenados Parâmetro Método

Turbidez (uT) Nefelométrico – 2130 B

Cor aparente (uH) Espectrofotométrico- 2120 C

Cor verdadeira (uH) Espectrofotométrico - 2120 C Filtrado em membrana tipo GF/C

Demanda Bioquímica de Oxigênio - DBO5d, 20C

(mg.L-1)

Teste DBO 5 dias a 20ºC - 5210

Demanda Química de Oxigênio DQO (mg.L-1

) Refluxo fechado - 5220 D

Série de sólidos (mg.L-1

) Sólidos secos a 103-105°C; Sólidos voláteis incinerados a 550°C - 2540

Coliformes totais e E. coli (NMP/100mL) Substrato cromogênico / colilert - 9223 Alúminio, Cádmio, Cálcio, Chumbo, Cobalto, Cobre, Cromo, Ferro, Fósforo, Magnésio,

Manganês, Níquel, Potássio, Silício, Sódio, Titânio, Zinco Totais(mg.L

-1) (*)

ICP-OES Plasma/ 3125

Velocidade de sedimentação (cm.min-1

) (*) Teste em colunas de sedimentação

Resistência específica (m.kg-1

) (*) Teste do Tempo de Filtração (2710 H)

(*): Análises realizadas somente nos ensaios de desaguamento em escala piloto – Etapa II

A velocidade de sedimentação dos lodos iniciais tipos A e B foi obtida

através de ensaios em coluna de sedimentação, utilizando provetas de vidro

graduadas de 1L e leituras das interfaces ao longo do tempo, de acordo com

Barroso (2007).

A resistência específica dos lodos tipos A e B foi determinada segundo

metodologia descrita por Di Bernardo, Dantas e Voltan (2011) com base no teste do

Tempo de Filtração descrito no método 2710 H de APHA, AWWA e WEF (2005).

Na fase de secagem, para monitoramento do teor de sólidos ou perda

de umidade da torta de lodo retido na unidade de drenagem / secagem, as amostras

do lodo foram coletadas diariamente e preferencialmente no mesmo horário. O teor

de sólidos foi calculado considerando as massas das amostras com umidade, no

momento da coleta, e sem umidade, após aquecimento em estufa a 105ºC durante

24 h.

63

Para monitorar as temperaturas e umidades diárias durante a fase de

secagem, utilizou-se um sensor (Data Logger) programado para registrar a

temperatura e a umidade real do ambiente a cada hora.

Na Figura 16 é apresentado o organograma dos ensaios de

desaguamento em escala reduzida – Etapa I e em escala piloto – Etapa II.

Figura 16 – Diagrama dos ensaios de desaguamento

Lodo Tipo A Coagulante – Cloreto Férrico

Manancial de captação – caract. inorgânicas

Lodo Tipo BCoagulante – Hidróxi-Cloreto de Polialumínio

Manancial de captação – caract. orgânicas

Fase de Drenagem

Fase de Secagem

Controlada de Verão e Inverno

Natural de Verão e Inverno

Manta 600 g.m2

TAS 7,5 kg.m-2

Manta 600 g.m-2

TAS 7,5 kg.m-2

Escala Reduzida / Etapa I

Escala Piloto / Etapa II

Fase de Secagem

Natural de Inverno

Condições de exposição

Fase de Drenagem

Condição de exposição

Fonte: Do Autor (2012)

São apresentados a seguir detalhes específicos dos ensaios de

desaguamento em escala reduzida – Etapa I e em escala piloto – Etapa II.

4.3.1 Etapa I – Desaguamento de lodo de decantadores de ETAs em

protótipos de escala reduzida

As unidades de drenagem / secagem em escala reduzida – Etapa I

(Figura 17) foram compostas por:

Recipiente plástico com capacidade total de 30 L;

Manta geotêxtil de gramatura de 600 g.m-2, gentilmente fornecida pela Macafferri

do Brasil Ltda;

Grelha plástica MacNet para suporte da manta;

Dispositivo de fundo cônico para coleta do drenado.

64

Figura 17 – Esquema da unidade de desaguamento em escala reduzida

Fonte: Do Autor (2012)

A Figura 18 mostra fotos com detalhes da unidade de desaguamento

em escala reduzida.

Figura 18 – Fotos com detalhes da unidade de desaguamento em escala reduzida

Fonte: Do Autor (2012)

Na Tabela 8 são mostrados a taxa de aplicação volumétrica – TAV, os

volumes e vazões empregados nos ensaios em escala reduzida – Etapa I, obtidos

com base nos teores de sólidos totais – ST nos lodos de decantadores tipos A e B e

taxa de aplicação de sólidos - TAS de 7,5 kg.m-2.

65

Tabela 8 – Parâmetros de projeto aplicados nos ensaios em escala reduzida – Etapa I Teor de

ST (%) Manta (g.m

-2)

TAS (kg.m

-2)

TAV (m

3.m

-2.d

-1)

Volume de lodo

aplicado (L)

Vazão de aplicação (mL.min

-1)

Lodo tipo A 1,5 600 7,5 15 26,5 550

Lodo tipo B 1,6 600 7,5 15 24,8 550

Na fase de secagem da escala reduzida – Etapa I, a avaliação do teor

de sólidos da torta de lodo retido foi realizada em diferentes condições climáticas –

condição controlada de verão e inverno e condição natural de verão e inverno.

As temperaturas e umidades relativas do ar fixadas nas condições

controladas de verão e inverno foram definidas de acordo com o estudo realizado

por Barbosa (1997), que realizou um levantamento das características climáticas da

cidade de Londrina baseado em dados horários do período de 1979 a 1990.

Segundo a autora, a temperatura média anual em Londrina foi de 20,7ºC, sendo

fevereiro, o mês mais quente com temperatura média de 24ºC, e os meses de junho

e julho, os mais frios, com temperatura média de 16ºC. A umidade relativa média foi

de 73%, chegando a 77% no mês de fevereiro e 67% em agosto.

Assim, foram definidas as condições de exposição controladas de

inverno e verão discriminadas a seguir:

Condição controlada de verão - com temperatura de 30º C e umidade relativa de

80%;

Condição controlada de inverno - com temperatura de 15º C e umidade relativa

de 60%.

Para as simulações das condições de exposição controladas utilizou-se

uma câmara climática com controle de temperatura e umidade, gentilmente

emprestada por uma empresa fabricante de equipamentos de laboratório.

Para avaliar as limitações dos ensaios da fase de secagem das tortas

de lodo sob condições controladas, estes foram também reproduzidos para as

condições naturais de verão e inverno, não protegida da ação de intempéries.

4.3.2 Etapa II – Desaguamento de lodo de decantadores de ETAs em

protótipos de escala piloto

Os ensaios de desaguamento em escala piloto – Etapa II foram

realizados em protótipos compostos por um tanque de polietileno com capacidade

66

de 320 L, provido de uma grelha plástica para suporte da manta e tubulação de

saída inferior para coleta do drenado. A Figura 19 e Figura 20 mostram o esquema e

a foto da unidade de desaguamento utilizada na escala piloto.

Figura 19 - Esquema da unidade de desaguamento utilizada na escala piloto

Figura 20 – Foto da unidade de desaguamento utilizada na

escala piloto

Fonte: Do Autor (2012) Fonte: Do Autor (2012)

Baseado nos teores de sólidos totais – ST nos lodos de decantadores

tipos A e B foram definidos os parâmetros de projeto aplicados nos ensaios em

escala piloto – Etapa II, mostrados na Tabela 9. Infelizmente, o volume coletado do

lodo tipo B foi insuficiente para a aplicação da TAS de 7,5 kg.m-2 e TAV de 15 m3.m-

2.d-1 tendo resultado em TAS de 6,5 kg.m-2 e TAV de 14 m3.m-2.d-1. Outro aspecto a

ser observado refere-se a contribuição lateral da manta que não foi considerada nos

cálculos dos parâmetros de projeto aplicados.

Tabela 9 – Parâmetros de projeto aplicados nos ensaios em escala piloto – Etapa II Teor de

ST (%) Manta (g.m

-2)

TAS (kg.m

-2)\

TAV (m

3.m

-2.d

-

1)

Volume de lodo aplicado

(L)

Vazão de aplicação (mL.min

-1)

Lodo tipo A 0,91 600 7,5 20 293,8 5.000

Lodo tipo B 1,27 600 6,5 14 164,5 3.500

Na fase de secagem da escala piloto a avaliação do teor de sólidos da

torta de lodo retido foi realizada para a condição crítica de exposição - condição

natural de inverno, desprotegida da ação de intempéries.

67

4.3.2.1 Teste de sedimentabilidade – Ensaios em coluna de sedimentação

Segundo Barroso (2007) a interpretação e explicação do fenômeno da

sedimentação dos lodos de ETAs, pode auxiliar na compreensão da sedimentação

no processo de desaguamento por sistemas naturais, particularmente por leito de

drenagem.

Na sedimentação por zonas, que ocorre normalmente em lodos de

ETAs, iniciado o processo de sedimentação, no instante t0 o lodo está presente em

toda a altura da coluna, à medida que o lodo sedimenta a interface líquido

clarificado-lodo evolui, aumentando a concentração de sólidos nas camadas

inferiores. Ao mesmo tempo a velocidade de sedimentação diminui até tornar-se

nula, nesse instante tem-se a concentração máxima de sólidos sedimentados

(BARROSO, 2007; SANTOS, BARBOSA FILHO e GIORDANO, 2005).

O teste de sedimentabilidade foi realizado em proveta de vidro

graduada de 1 L. Encheram-se as provetas com os lodos homogeneizados, deixou-

se ocorrer a clarificação e o adensamento, e fez-se a leituras das interfaces ao longo

do tempo sedimentação.

Em seguida foram construídas as curvas de sedimentação, a partir das

quais calculou-se a velocidade de sedimentação para cada lodo – tipos A e B.

Segundo Barroso (2007) e Santos, Barbosa Filho e Giordano (2005) a velocidade de

sedimentação máxima, VS, é determinada para quando a interface clarificado-lodo

sedimenta à velocidade constante, para um instante t1 inicial a um instante t2 em que

há crescente diminuição da velocidade (ponto de inflexão da curva). A curva que

relaciona a altura da coluna de lodo × tempo, neste intervalo, é um segmento de reta

e a velocidade de sedimentação máxima é dada pelo coeficiente angular.

4.3.2.2 Teste de resistência específica

Segundo Di Bernardo, Dantas e Voltan (2011) a resistência específica

é o parâmetro usado para avaliar a filtrabilidade de um líquido através de uma

massa sólida e pode ser determinada pela Equação 6.

Equação 6

68

Em que :

r : resistência específica (cm.g-1);

P : pressão de filtração (g.cm-1.s-2);

A : área filtrante (cm2);

: viscosidade do filtrado (g.cm-1.s-2);

C : massa de sólidos por unidade de volume filtrado (g.cm-3);

b: coeficiente (s/cm6), dado pela Equação 7.

Equação 7

Em que:

t : tempo de filtração (s);

v : volume filtrado (cm3).

O valor do coeficiente b é obtido construindo-se um gráfico no qual se

tem os valores de v e (t/v), conforme mostrado no Gráfico 2 .

Gráfico 2 – Gráfico típico dos valores de (t/v) em função de v

Fonte: Di Bernardo, Dantas e Voltan (2011)

O teste de resistência específica foi realizado segundo Di Bernardo,

Dantas e Voltan (2011) com base no teste do Tempo de Filtração descrito no

método 2710 H de APHA, AWWA e WEF (2005).

69

O teste foi realizado utilizando 25 mL do lodo de acordo com o seguinte

procedimento:

O papel filtro Whatman 42 foi recortado de tamanho igual ao diâmetro interno do

funil de Buchner, molhado e colocado em um cadinho de porcelana e levado para

o interior de uma estufa a 100º C por 2 h;

Após resfriado em dessecador, o papel filtro foi pesado, colocado no funil de

Buchner, molhado e submetido à aplicação de vácuo para ocorrer a aderência do

papel ao funil e para remover o excesso de água;

Colocou-se25 mL do lodo no funil e aplicou-se vácuo (380 mmHg) no sistema

registrando-se em função do tempo o volume do filtrado. Os valores de (t/v) em

função de (v) foram plotados em gráfico, obtendo-se o valor de b, sendo utilizado

na equação para calcular a resistência específica. Após o término da filtração ou

queda do vácuo, o ensaio foi encerrado;

O papel filtro com os sólidos retidos foi retirado e colocado em cadinho de

porcelana e mantido na estufa a 100º C por 2 h. A diferença entre o peso inicial e

o peso final do papel filtro fornece a massa de sólidos totais utilizada na Equação

6.

A Figura 21 mostra o esquema do teste com detalhes dos

equipamentos e materiais utilizados. A Figura 22 mostra a foto dos aparelhos

utilizados no ensaio.

70

Figura 21 – Esquema e equipamentos utilizados no teste de resistência específica

Figura 22– Foto dos equipamentos utilizados no teste de resistência específica

Erro! Não é possível criar objetos a partir de

códigos de campo de edição.

1) funil de Bunchner nº 2; 2) bomba de vácuo; 3) cronômetro; 4) medidor de vácuo; 5) proveta

graduada de 25 mL; 6) filtro de papel Whatman 42; 7) anel de borracha vedante; 8) mangueira

para ligar a proveta a bomba; 9) cadinho de porcelana.

Fonte: Di Bernardo et al (2011)

Fonte: Do Autor (2012)

4.4 INFLUÊNCIA DA EXECUÇÃO DE SUCESSIVOS DESAGUAMENTOS NA

MANTA GEOTÊXTIL

Com o objetivo de avaliar influência da execução de sucessivos

desaguamentos na manta geotêxtil foram realizados 5 (cinco) ensaios de

desaguamento sucessivos em escala reduzida, aplicando os mesmos parâmetros de

projeto apresentados no item 4.3.1, utilizando somente o lodo tipo A.

Os parâmetros considerados nos ensaios foram a duração da fase de

drenagem e a qualidade dos lodos drenados produzidos em função do tempo em

cada ensaio, através dos valores de turbidez.

Após a secagem do lodo retido sob condição natural de exposição, o

material sólido seco presente na manta geotêxtil foi descartado e a manta

disponibilizada para desaguamento subseqüente. É importante destacar que para

limpeza da manta procedeu-se somente a retirada do material seco, sem aplicação

de água para lavagem da mesma.

Na Figura 23 é apresentado o organograma dos sucessivos ensaios de

desaguamentos com manta geotêxtil.

71

Figura 23 – Organograma dos sucessivos ensaios de desaguamentos com manta geotêxtil

Lodo Tipo A Coagulante – Cloreto Férrico

Manancial de captação – caract.

inorgânicas

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Sucessivos ensaios de desaguamento com manta geotêxtil / Escala Reduzida

Fase de Drenagem

Fase de Secagem

Manta 600 g.m2

TAS 7,5 kg.m-2

TAV 15 m3.m-2.d-1

Condiçãoexposição: natural

Fonte: Do Autor (2012)

4.5 DISPOSIÇÃO FINAL DA TORTA DE LODO

A forma mais comum de disposição final do lodo de ETAs após a

desidratação é feita em aterros sanitários. Com o objetivo de proporcionar ao lodo

de ETA desidratado um destino mais nobre, Rodriguez et. al. (2011) estudaram a

viabilidade da substituição do solo utilizado como camada de cobertura ou de

impermeabilização de fundo, pelo lodo desidratado da ETA Cafezal de Londrina –

PR (lodo tipo A) e traços solo-lodo. Após avaliação do comportamento mecânico do

lodo desidratado bem como de traços solo-lodo e comparação com o comporamente

mecânico do solo laterítico da região de Londrina, utilizado como impermeabilização

de fundo e cobertura em aterro sanitário, o estudo revelou que sob esse ponto de

vista, o solo pode ser substituído pelo lodo de ETA desidratado compactado ou por

traços de solo-lodo.

Com o intuito de avaliar os riscos à saúde e possíveis impactos

ambientais resultantes dessa prática, foram realizados para os lodos desaguados

tipos A e B, o teste de lixiviação e a classificação, de acordo com as NBRs 10.004,

10.005 e 10.006 (ABNT, 2004).

4.5.1 Ensaio em colunas de lixiviação

Para avaliar os efeitos de lixiviação simulando uma possível situação

de precipitação em campo quando o lodo de ETA desaguado for usado como

72

cobertura de células em aterros sanitários, foi proposto um ensaio em colunas de

lixiviação em protótipos de escala reduzida e ensaios em laboratório.

As colunas foram construídas usando tubos de PVC DN 100, com

altura de 50 cm e diâmetro de 10 cm, na base foi adaptado um CAP com fundo

recortado, acrescido de uma grelha e uma manta geotêxtil (gramatura de 150 g.m-2)

para suporte da camada de lodo, para coleta do líquido percolado foi adaptado um

dispositivo de fundo cônico. Cada coluna foi preenchida com um tipo de lodo até

uma altura de 30 cm.

Segundo dados do IAPAR – Instituto Agronômico do Paraná, a

precipitação média anual de Londrina é de 1610 mm, ocorrendo em média em 121

dias do ano. Baseado nesses dados e na área dos protótipos em escala reduzida

utilizados nesse teste, simulou-se uma condição crítica de precipitação contínua de

3,5 mL.min-1 (equivalente a 50 vezes o valor da precipitação média anual de

Londrina-PR), aplicadas por 3 mangueiras / protótipo, simulando uma distribuição

mais uniforme no lodo por um período de 6 dias.

A simulação da precipitação foi realizada com água ultrapura

simultaneamente nas colunas de lodo tipos A e B através de uma bomba peristáltica

previamente regulada para a vazão definida.

A Figura 24 e Figura 25 mostram um esquema e a foto do ensaio em

colunas de lixiviação, respectivamente.

73

Figura 24 - Esquema do ensaio de lixiviação dos lodos tipos A e B

Figura 25 - Foto do ensaio de lixiviação dos lodos tipos A e B

Fonte: Do Autor (2012) Fonte: Do Autor (2012)

Todo o líquido / lodo lixiviado das colunas foi coletado diariamente em

recipientes de 5 L, e reservados para posterior constituição das amostras

compostas. As amostras compostas dos lixiviados foram caracterizadas quanto aos

parâmetros físicos e químicos apresentados na Tabela 10, seguindo procedimentos

da APHA, AWWA e WEF (2005) com adaptações. As análises para quantificação

dos metais foram realizadas por um laboratório credenciado por prestação de

serviço.

74

Tabela 10 - Parâmetros e métodos / equipamentos utilizados na caracterização dos líquidos drenados das colunas de lixiviação

Parâmetro Método

Turbidez (uT) Nefelométrico – 2130 B

Cor aparente (uH) Espectrofotométrico 2120 C

pH Potenciométrico – 4500

Demanda Bioquímica de Oxigênio - DBO5d, 20C

(mg.L-1)

Teste DBO 5 dias a 20ºC – 5210

Demanda Química de Oxigênio DQO (mg.L-1

) Refluxo fechado / 5220 D

Série de sólidos (mg.L-1) Sólidos secos a 103-105°C; Sólidos voláteis incinerados a 550°C - 2540

Alúminio, Cádmio, Cálcio, Chumbo, Cobalto, Cobre, Cromo, Ferro, Fósforo, Magnésio,

Manganês, Níquel, Potássio, Silício, Sódio, Titânio, Zinco Totais (mg.L-1)

ICP-OES Plasma/ 3125

4.5.2 Classificação dos lodos de ETAs segundo a NBR 10.004 / 04

A NBR 10.004 (2004) classifica os lodos provenientes do sistema de

tratamento de água, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem

inviável o seu lançamento na rede pública de esgoto ou corpos de água, ou exijam

para isso soluções técnicas e economicamente inviáveis em face a melhor

tecnologia disponível, como resíduos sólidos.

Para efeitos dessa norma, os resíduos sólidos são classificados em:

Resíduos Classe I – Perigosos: resíduos que apresentem características de

inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e / ou patogenicidade.

Resíduos Classe II A – Não inertes: aqueles resíduos que não se enquadram nas

classificações de resíduos perigosos ou inertes. Podem ter propriedades de

biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água.

Resíduos Classe II B – Inertes: quaisquer resíduos que quando submetidos a um

contato dinâmico e estático com água destilada ou deionizada, à temperatura

ambiente, conforme a NBR 10.006 (2004), não tiverem nenhum de seus

constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de

potabilidade de água, com exceção do aspecto cor, turbidez, dureza..

Segundo a NBR 10.004 (2004) a classificação dos resíduos sólidos

envolve a identificação dos processos ou atividade que lhes deu origem e de seus

constituintes e características, e a comparação destes constituintes com a listagens

de resíduos e substancias cujo impacto à saúde e ao meio ambiente é conhecido.

75

Para classificação dos lodos tipos A e B, as amostras de lodos

desidratadas com teor de sólidos na faixa de 80%, foram enviadas a um laboratório

credenciado e contratado para realizar os ensaios de lixiviação e solubilização,

conforme estabelecido pela NBR 10.004 (2004).

Os ensaios de lixiviação e solubilização foram realizados de acordo

com as NBRs 10.005 e 10.006 (ABNT, 2004), respectivamente. As análises dos

parâmetros nos extratos lixiviados e solubilizados foram realizadas de acordo com a

metodologias descritas em APHA, AWWA e WEF (2005).

Após o ensaio de lixiviação, para classificação do resíduo os resultados

obtidos para cada parâmetro analisado foram comparados com os limites máximos

nos extratos lixiviados estabelecidos no Anexo F da NBR 10.004 (2004).

A NBR 10.006 (ABNT, 2004) fixa os requisitos exigíveis para obtenção

do extrato de solubilização de resíduos sólidos visando diferenciar os resíduos

classificados na NBR 10.004 como classe II A – Não inertes – e classe II B – Inertes.

Os resultados obtidos para cada parâmetro analisado foram comparados com os

limites máximos no extrato solubilizado, estabelecidos no Anexo G da NBR 10.004

(2004).

76

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo, são apresentados e discutidos os resultados obtidos

nos ensaios de desaguamento em escala reduzida – Etapa I e em escala piloto –

Etapa II. Os resultados relacionados a avaliação da influência da execução de

sucessivos desaguamentos na manta geotêxtil, bem como, os resultados dos

estudos realizados visando a disposição final da torta de lodo desidratada em

aterros sanitários.

5.1 ETAPA I – DESAGUAMENTO DE LODO DE DECANTADORES DE ETAs EM

PROTÓTIPOS DE ESCALA REDUZIDA

Inicialmente são apresentados os resultados referentes a

caracterização física, química e microbiológica dos lodos de estudo utilizados nos

ensaios de desaguamento em escala reduzida – Etapa I, e na sequência, os

resultados referentes às fases de drenagem e de secagem.

5.1.1 Caracterização dos lodos de estudo utilizados nos protótipos em escala

reduzida

Segundo Di Bernardo & Dantas (2005) as características dos lodos de

decantadores são bastante particulares e variáveis em função das características da

água bruta, dos produtos químicos utilizados, processos de tratamento adotados e

métodos de limpeza dos decantadores. Na Tabela 11 estão mostrados os resultados

da caracterização física, química e microbiológica dos lodos de estudo coletados no

mês de abril. Pode-se verificar que os lodos tipos A e B apresentaram diferenças em

suas características, o que pode ser justificado principalmente pelas propriedades do

coagulante e pelas características da água bruta utilizada nas duas ETAs.

77

Tabela 11 – Características físicas, químicas e microbiológicas dos lodos de estudo utilizadas nos ensaios em escala reduzida – Etapa I e limites estabelecidos pela Resolução 357/05 do Conama

para enquadramento em corpos de água doce Classes I e II Parâmetro Lodo tipo A Lodo tipo B Classe I Classe II

Turbidez (uT) 20.000 18.000 100 40 Cor aparente (uH) 63.460 55.117 -- --

Cor verdadeira (uH) 75,8 50,6 Nível de cor

natural do corpo de água

75

ST (mg.L-1

) 15.658 16.920 -- -- SDT (mg.L

-1) 4318 3312 500 500

DBO5d, 20C (mg.L-1

) 77,3 49,8 3 5

DQO (mg.L-1

) 1587,9 2781,6 -- -- Coliformes Totais (NMP/100mL) 4,5E+05 3,5E+05

-- --

E. Coli (NMP/100mL) 776 6510 200 1.000

Segundo Fontana (2004) e Reali (1999), a concentração de sólidos

varia bastante de um sistema para outro podendo alcançar teores de sólidos totais

de até 3%, no entanto na maioria dos casos de descargas completas de

decantadores, esse teor se encontra abaixo de 1%. Os lodos em estudo

apresentaram teor de sólidos totais em conformidade com os valores citados, de 1,5

e 1,6% para os lodos tipos A e B, respectivamente. Os elevados teores de sólidos

totais - ST nos lodos podem ser justificados pelo método de limpeza (manual) e

periodicidade das limpezas dos decantadores na ETAs.

Embora o lodo tipo B seja proveniente do tratamento de um manancial

que contém material orgânico em maior quantidade – Rio Tibagi, os resultados de

DBO, DQO e cor verdadeira obtidos para os lodos tipos A e B não corresponderam a

essa indicação. Esse fato pode ser justificado pela época em que foi realizada a

coleta de lodo – mês de abril, uma vez que os eventos de florações de microalgas e

cianobactérias que ocorrem no manancial são observados nos meses de estiagem –

entre setembro e outubro.

Segundo Reali (1999) as características analisadas nos lodos em

estudo apresentadas na Tabela 11, são influenciadas principalmente pelas

características do manancial, não sofrendo influência significativa dos produtos

químicos utilizados na ETA.

A Resolução 357/05 do Conama dispõe sobre a classificação dos

corpos de água e estabelece, no capítulo III, as condições de enquadramento

baseado na qualidade das águas. Na Tabela 11 são apresentados valores limites

máximos permitidos para cada parâmetro analisado, em corpos de água doce

78

Classe I e II. É observado que os parâmetros analisados nos lodos em estudo

apresentaram-se acima do limite aceitável pela legislação. Portanto, sem dúvida, o

lançamento desses lodos in natura em corpos de água doce Classe I e II com as

características apresentadas, acarretaria impactos negativos ao corpo receptor,

especialmente em relação à turbidez, sólidos dissolvidos totais, DBO e contagem de

E.Coli. O que comprova a necessidade de um tratamento prévio ao descarte no

corpo hídrico.

O valor reduzido de contagem de E.Coli encontrado no lodo tipo A

deve-se provavelmente, ao emprego da pré-cloração da água na ETA. Esta

informação foi obtida após consulta direta ao gerente de produção da ETA.

5.1.2 Fase de drenagem / Escala reduzida

A Tabela 12 mostra as porcentagens de volume de lodos drenados

tipos A e B que atenderam às condições I, II e III estabelecidas no item 4.3 em

relação ao volume total de água drenada durante o ensaio de desaguamento.

Tabela 12 – Porcentagens de volume de drenado que atenderam a cada condição na escala reduzida Condição I

(<40 uT) Condição II (<100 uT)

Condição III (<10 uT)

Lodo tipo A 78% 80% 76% Lodo tipo B 91% 91% 89%

No Gráfico 3 e no Gráfico 4 são apresentados os gráficos típicos dos

resultados da fase de drenagem dos lodos tipos A e B.

79

Gráfico 3 - Resultados da fase de drenagem típica para o lodo tipo A / escala reduzida – Etapa I

Gráfico 4 - Resultados da fase de drenagem típica para o lodo tipo B / escala reduzida – Etapa I

80

De acordo com o Gráfico 3 e Gráfico 4 foram observadas algumas

particularidades nas fases de drenagem dos lodos tipos A e B, mostradas na Tabela

13.

Tabela 13 – Observações da fase de drenagem dos lodos tipos A e B / escala reduzida – Etapa I

Observações Lodo tipo

A Lodo tipo B

Tempo requerido para extinção da lâmina líquida (h) 41 43

Redução do volume total de lodo aplicado (%) 94 94

Tempo requerido para produção de água drenada com turbidez 100 uT (min) 29 14

Tempo requerido para produção de água drenada com turbidez 40 uT (min) 37 14

Tempo requerido para produção de água drenada com turbidez 10 uT (min) 48 22

Valor de turbidez da água drenada ao final do desaguamento (uT) 0,7 0,5

Valor de cor aparente da água drenada ao final do desaguamento (uH) 40 30

A Figura 26 e Figura 27 mostram as fotos dos lodos drenados tipos A e

B, dispostos por ordem de coleta durante a drenagem, de onde pode-se observar a

melhoria na qualidade dos drenados com o passar do tempo.

Figura 26 - Frascos de drenados coletados durante a drenagem do lodo tipo A

Figura 27- Frascos de drenados coletados durante a drenagem do lodo tipo B

Fonte: Do Autor (2012) Fonte: Do Autor (2012)

Nota-se que para o lodo tipo B, a qualidade do drenado é melhorada

logo no início das coletas, uma vez que, de um total de 25 frascos, apenas nas três

primeiras coletas, a água drenada apresentou cor e turbidez elevada, corroborando

as observações da Tabela 13. Consequentemente, as porcentagens de volume de

drenado que atenderam às condições de enquadramento I e II e de

reaproveitamento III para o lodo tipo B foram da ordem de 89-91%, superiores às

obtidas para o lodo tipo A, da ordem de 76-80%, conforme apresentado na Tabela

12.

81

Conforme apresentado no item 4.3, foram constituídas amostras

compostas dos drenados tipos A e B para cada condição de enquadramento – ACD I

e II condição de reaproveitamento – ACD III e condição global de produção – ACD

IV. Posteriormente, procedeu-se a caracterização física, química e microbiológica

dessas amostras a fim de avaliar possíveis riscos à saúde e impactos ao meio

ambiente, considerando o seu lançamento em corpos hídricos Classe I e II.

O Gráfico 5 e Gráfico 6 mostram os resultados em relação às análises

de turbidez, cor verdadeira, sólidos dissolvidos totais, DBO, DQO, coliformes totais e

E.Coli dos lodos iniciais e das amostras compostas dos drenados dos lodos tipos A

e B, respectivamente.

Gráfico 5 - Resultados da caracterização do lodo inicial tipo A e amostras compostas dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II), reaproveitamento (III) e drenado global (IV)

produzidos em escala reduzida

Turbidez Cor

VerdadeiraDBO DQO SDT

Coliformes Totais

E. Coli

Lodo Inicial 20000 75 77,3 1587,9 4098 4,50E+05 7,76E+02

ACD I 2,5 11,0 3,2 30,1 272 4,10E+01 0,00E+00

ACD II 3,4 15,0 4 32,6 365 3,80E+01 0,00E+00

ACD III 2,5 10,0 4,20 37,7 331 4,50E+01 0,00E+00

ACD IV 695 26,0 9,0 77,9 552 2,00E+03 4,00E+00

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

Turb

ide

z (u

T), C

or

apar

ent

e (u

H),

DB

O ,

DQ

O,

ST (m

g.L-1

),

Co

lifo

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s e

E.C

oli (

NM

P.m

L-1)

Amostras Compostas do Drenados - Lodo Tipo A Escala Reduzida

Lodo Inicial ACD I ACD II ACD III ACD IV

82

Gráfico 6 - Resultados da caracterização do lodo inicial tipo B e amostras compostas dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II), reaproveitamento (III) e drenado global (IV)

produzidos em escala reduzida

Turbidez Cor

VerdadeiraDBO DQO SDT

Coliformes Totais

E. Coli

Lodo Inicial 18000 50 49,8 2781,6 3312 3,50E+05 6,51E+03

ACD I 1,12 12,0 5,3 40,2 362 1,80E+01 0,00E+00

ACD II 1,12 14,0 5,3 40,2 362 1,80E+01 0,00E+00

ACD III 1,50 8 4,3 32,6 337 1,20E+01 0,00E+00

ACD IV 156 38,0 10,5 60,3 462 1,00E+03 7,08E+01

1

10

100

1000

10000

100000

1000000Tu

rbid

ez

(uT)

, Co

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QO

, ST

(mg.

L-1),

C

oli

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es

e E

.Col

i (N

MP

.mL-1

)

Amostras Compostas dos Drenados - Lodo Tipo BEscala Reduzida

Lodo Inicial ACD I ACD II ACD III ACD IV

A Resolução 357/05 do Conama estabelece que corpos de água doce

classe II devem apresentar cor verdadeira inferior a 75 uH e corpos de água doce

classe I devem apresentar cor natural (Tabela 11). Como pode ser observado, os

lodos iniciais tipos A e B apresentaram valores de cor verdadeira de 75 e 50 uH,

respectivamente, e portanto, em conformidade com os valores limites da Resolução

357/05 do Conama.

A Legislação Estadual SEMA/07 do IAP – Instituto Ambiental do

Paraná estabelece o limite de DQO de 125 mg.L-1 como padrão de lançamento em

corpos de água doce classes I e II. Todas as amostras compostas dos drenados dos

lodos tipos A e B atendem a esse limite.

O limite de DBO estabelecido pela Resolução 357/05 do Conama para

rios classe I é de 3 mg.L-1 e para rios classe II é de 5 mg.L-1. Todas as amostras

compostas dos lodos drenados tipos A e B referentes as condições I, II e III

apresentaram valores da mesma ordem de grandeza (entre 3 e 5 mg.L-1), podendo-

se considerar relativamente aceitáveis.

Os valores de SDT em todas as amostras compostas dos drenados

dos lodos tipos A e B apresentaram-se abaixo do limite estabelecido para SDT pela

Resolução 357/05 do Conama de 500 mg.L-1, com exceção da ACD IV do lodo tipo A

83

que apresentou valor de 550 mg.L-1, porém este valor que pode ser considerado

aceitável.

A Resolução 357/05 do Conama não menciona o limite aceitável para

coliformes totais, e estabelece os valores de 200 e 1.000 coliformes termotolerantes

por 100 mL de amostra, para corpos de água classe I e II, respectivamente. Foi

observado que todas as amostras compostos dos lodos drenados tipos A e B

atenderam aos limites estabelecidos pela referida resolução.

Vale ressaltar que as condições estabelecidas neste trabalho estão

relacionadas às condições de enquadramento do corpo de água doce e não de

lançamento de efluentes. Assim, a análise dos resultados de qualidade da água

drenada em relação às condições estabelecidas constitui uma situação desfavorável

de atendimento, uma vez que o fator de diluição não foi considerado nas análises e

discussões.

5.1.3 Fase de secagem / Escala reduzida

5.1.3.1 Fase de secagem na condição de verão

O teor de sólidos totais inicial nas tortas de lodo tipos A e B utilizadas

durante a secagem na condição controlada de verão foram de 15,3% e 14,1%,

respectivamente. Nas tortas de lodo utilizadas durante a secagem na condição

natural de verão os teores de sólidos foram 15,7% no lodo tipo A e 13,9% no lodo

tipo B.

A Figura 28 e Figura 29 mostram fotos dos lodos retidos na manta ao

final da fase de drenagem. É possível observar uma diferença na coloração dos

lodos, ocasionada principalmente pelas características do manancial e pelo

coagulante utilizado no tratamento de água nas ETAs.

84

Figura 28 – Torta de lodo tipo A logo após a fase de drenagem (ST 15,7%)

Figura 29 – Torta de lodo tipo B logo após a fase de drenagem (ST 13,9%)

Fonte: Do Autor (2012) Fonte: Do Autor (2012)

O método operacional do sistema proposto pressupõe que a duração

total das fases de drenagem e secagem varie entre 7 e 15 dias, visando atender

uma condição de demanda operacional crítica, passível de aplicação em ETAs de

pequeno porte. Portanto, como a fase de drenagem dos lodos tipos A e B tiveram

duração de aproximadamente 2 dias (41 e 43 h), a duração da fase de secagem foi

limitada entre 5 e 13 dias.

O Gráfico 7 e Gráfico 8 mostram os resultados da fase de secagem

obtidos na simulação da condição controlada de verão para os lodos tipos A e B,

respectivamente.

85

Gráfico 7 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo A na condição controlada de verão

ST15,3%

ST24,8%

ST35,6%

ST78,5%

ST84,8%

ST85,9%

ST86,1%

0

20

40

60

80

100

1 3 5 7 9 11 13Sóli

do

s (%

), U

mid

ade

Re

lati

va (U

R),

Te

mp

era

tura

(C

)

Tempo (dias)

Fase de Secagem - Lodo Tipo A

Escala Reduzida - Condição Controlada de Verão

Temperatura média do ar (°C) Umidade relativa média do ar (%)

ST no lodo retido (%) Variação da temperatura do ar (ºC)

Variação da umidade relativa do ar (%)

T média do ar = 28C ± 3,56UR média do ar = 79,8% ± 1,57

Gráfico 8 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo B na condição controlada de verão

ST

14,1%

ST19,3% ST

23,5%ST

30,3%

ST51%

ST81%

ST

86,8%

0

20

40

60

80

100

1 3 5 7 9 11 13Sóli

do

s (%

), U

mid

ade

Re

lati

va (U

R),

Te

mp

era

tura

(C

)

Tempo (dias)

Fase de Secagem - Lodo Tipo B

Escala Reduzida - Condição Controlada de Verão

Temperatura média do ar (°C) Umidade relativa média do ar (%)

ST no lodo retido (%) Variação da temperatura do ar (°C)

Variação da umidade relativa do ar (%)

T média do ar = 28C ± 3,56UR média do ar = 79,8% ± 1,57

Assim, na condição controlada de verão, pôde-se observar que:

Após 5 dias de exposição, com temperatura média - T 26,5 ºC ± 5,6 e umidade

relativa média - UR 79,4% ± 2,59, o teor de sólidos totais - ST final foi de 35,6% e

23,5% para os lodos tipos A e B, respectivamente;

86

Após 13 dias de exposição com temperatura média - T 28 ºC ± 3,56 e umidade

relativa média - UR 79,8% ± 1,57, o teor de sólidos totais - ST final foi de 86,1% e

86,8% para os lodos tipos A e B, respectivamente.

No Gráfico 9 e Gráfico 10 são apresentados os resultados da secagem

dos lodos tipos A e B na condição natural de verão.

Gráfico 9 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo A na condição natural de verão

ST 15,7%

ST 30,3%

ST 62,9%

ST 92,4%

ST 98,2%

ST73,1%

ST 75,4%

0

20

40

60

80

100

120

1 3 5 7 9 11 13

Sóli

do

s (%

), U

mid

ade

Re

lati

va (U

R),

Te

mp

era

tura

(°C

)

Tempo (dias)

Fase de Secagem - Lodo Tipo A

Escala Reduzida - Condição Natural de Verão

Temperatura média do ar (°C) Umidade relativa média do ar (%)

ST no lodo retido (%) Variação da umidade relativa do ar (%)

Variação da temperatura do ar (°C)

T média do ar = 26C ± 3,6UR média do ar = 76% ± 12,85

Precipitação: 100 mmPeríodo : 10 a 13 d

87

Gráfico 10 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo B na condição natural de verão

ST13,9%

ST22,8%

ST

43,2%

ST 90,8%

ST93,7%

ST 76,1%

ST82,5%

0

20

40

60

80

100

120

1 3 5 7 9 11 13Sóli

do

s (%

), U

mid

ade

Re

lati

va (U

R),

Te

mp

era

tura

(°C

)

Tempo (dias)

Fase de Secagem - Lodo Tipo B

Escala Reduzida - Condição Natural de Verão

Temperatura média do ar (°C) Umidade relativa média do ar (%)

ST no lodo retido (%) Variação da temperatura do ar (°C)

Variação da umidade relativa do ar (%)

Precipitação: 100 mmPeríodo: 10 a 13 dT média do ar = 26C ± 3,6

UR média do ar = 76%± 12,85

Assim, na condição natural de verão, pôde-se observar que:

Após 5 dias de exposição com temperatura média - T 27,3ºC ± 2,06 e umidade

relativa média – UR 73,2% ± 15,41, o teor de ST foi de 62,9% e 43,2% para os

lodos tipos A e B, respectivamente;

Após 13 dias de exposição com temperatura média - T 25,9ºC ± 3,6 e umidade

relativa média – UR 75,9% ± 12,9, o teor de ST foi de 75,4% e 82,5% para os

lodos tipos A e B, respectivamente.

No 10º ao 13º dia de secagem na condição natural de verão houve a

ocorrência de precipitação intensa, com conseqüente redução da temperatura e

aumento da umidade relativa do ar. Essa mudança proporcionou a redução no teor

de sólidos nos lodos, ocasionada principalmente pela incorporação da água da

chuva nas tortas expostas, chegando a valores da ordem de 73% para o lodo tipo A

e 76% para o lodo tipo B, sem no entanto, prejudicar seu manejo e disposição final.

Com esses resultados, pôde-se constatar que além da temperatura e

umidade do ar, outros fatores climáticos e físicos contribuíram de forma significativa

para a secagem do lodo na condição natural de verão, uma vez que apesar das

variações de temperatura e principalmente de umidade serem menores ao longo de

88

24h do dia – condição que favorece a secagem, a ausência de vento e radiação

solar por exemplo, contribuíram para que os teores de ST resultassem menores que

os obtidos na condição natural.

Em relação à secagem de verão, pôde-se constatar que após 5 dias,

independentemente do tipo de exposição, controlada ou natural, o lodo retido

apresentou teores de ST da ordem de 25 a 30%, com características compatíveis

para seu manejo e disposição final, uma vez que este, pôde ser retirado da manta

com relativa facilidade, possibilitando assim, a finalização do desaguamento do lodo

em 7 dias. As Figuras 30 e 31 mostram os aspectos das tortas de lodo tipos A e B

durante a fase de secagem na condição natural de verão.

Figura 30 – Fotos da torta de lodo tipo A retida na manta logo após a fase de drenagem e após 3, 5 e 13 dias de secagem em condição natural de verão

Figura 31 – Fotos da torta de lodo tipo B retida na manta logo após a fase de drenagem e após 3, 5 e 13 dias de secagem em condição natural de verão

5.1.3.2 Fase de secagem na condição de inverno

Para avaliar a evolução da secagem das tortas de lodo na condição de

inverno realizou-se desaguamentos com os mesmos parâmetros de projeto

aplicados nos desaguamentos anteriores (Tabela 8).

Os teores de ST nas tortas de lodo tipos A e B utilizadas durante a

secagem na condição controlada de inverno foram de 14,8% e 14,1%,

89

respectivamente. Nas tortas de lodo utilizadas durante a secagem na condição

natural de inverno os teores de sólidos foram 12,9% no lodo tipo A e 11,2% no lodo

tipo B.

O Gráfico 11 e Gráfico 12 mostram os resultados da secagem dos

lodos tipos A e B na condição controlada de inverno, e o Gráfico 13 e Gráfico 14, na

condição natural de inverno, durante 13 dias de monitoramento.

Gráfico 11 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo A na condição controlada de inverno

ST14,8%

ST22,5%

ST32,6%

ST33%

ST34%

ST34,7%

ST36,7%

0

20

40

60

80

100

1 3 5 7 9 11 13

Sóli

do

s (%

), U

mid

ade

Re

lati

va (U

R),

Te

mp

era

tura

(C

)

Tempo (dias)

Fase de Secagem - Lodo Tipo A

Escala Reduzida - Condição Controlada de Inverno

Temperatura média do ar (°C) Umidade relativa média do ar (%)

ST no lodo retido (%) Variação da temperatura do ar (°C)

Variação da umidade relativa do ar (%)

T média do ar = 14,3C ± 0,23UR média do ar = 61,3%± 7,32

90

Gráfico 12 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo B na condição controlada de inverno

ST14%

ST16,8%

ST20,6%

ST25,9%

ST27,5%

ST29,7%

ST33,4%

0

20

40

60

80

100

1 3 5 7 9 11 13

Sóli

do

s (%

), U

mid

ade

Re

lati

va (U

R),

Te

mp

era

tura

(C

)

Tempo (dias)

Fase de Secagem - Lodo Tipo B Escala Reduzida - Condição Controlada de Inverno

Temperatura média do ar (°C) Umidade relativa média do ar (%)

ST no lodo retido (%) Variação da temperatura do ar (°C)

Variação da umidade relativa do ar (%)

T média do ar = 14,3C ± 0,23UR média do ar = 61,3%± 7,32

Assim, na condição controlada de inverno, pôde-se observar que:

Após 5 dias de exposição, com temperatura média - T 14,1 ºC ± 0,17 e umidade

relativa média - UR 60% ± 0,05, o teor de sólidos totais - ST final foi de 32,6% e

20,6% para os lodos tipos A e B, respectivamente;

Após 13 dias de exposição com temperatura média - T 14,3 ºC ± 0,23 e umidade

relativa média - UR 61,3% ± 7,32, o teor de sólidos totais - ST final foi de 36,7% e

33,4% para os lodos tipos A e B, respectivamente.

Comparando o ST ao 5º dia e ao 13º dia, observa-se um aumento

pouco significativo, constando-se que a ocorrência constante de baixas

temperaturas limita a secagem da torta de lodo.

91

Gráfico 13 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo A na condição natural de Inverno

ST12,9% ST

14,9%

ST15,9%

ST16,6%

ST20%

ST34%

ST60,2%

0

20

40

60

80

100

120

1 3 5 7 9 11 14Sóli

do

s (%

), U

mid

ade

Re

lati

va (U

R),

Te

mp

era

tura

(C

)

Tempo (dias)

Fase de Secagem - Lodo Tipo A

Escala Reduzida - Condição Natural de Inverno

Temperatura média do ar (°C) Umidade relativa média do ar (%)

ST no lodo retido (%) Variação da umidade relativa do ar (%)

Variação da temperatura do ar (°C)

T média do ar = 19,8C ±3,57UR média do ar = 74,9% ±13

Precipitação: 30 mmPeríodo: 6 a 8 d

Gráfico 14 - Resultados da fase de secagem para o lodo tipo B na condição natural de inverno

ST 11,2%

ST12,3%

ST20,3% ST

30,2%

ST34,5% ST

37%

ST 60,8%

0

20

40

60

80

100

120

1 3 5 7 9 11 14

Sóli

do

s (%

), U

mid

ade

Re

lati

va (U

R),

Te

mp

era

tura

(C

)

Tempo (dias)

Fase de Secagem - Lodo Tipo B Escala Reduzida - Condição Natural de Inverno

Temperatura média do ar (°C) Umidade relativa média do ar (%)

ST do lodo retido (%) Variação da umidade relativa do ar (%)

Variação da temperatura do ar (°C)

T média do ar= 24,8C ±5UR média do ar = 69,4%± 13

Assim, na condição natural de inverno, pôde-se observar que:

Após 5 dias de exposição, o lodo tipo A exposto a temperatura média – T 18,2ºC

± 0,87 e umidade relativa média – UR 72% ± 7,3 apresentou teor de sólitos totais

92

– ST final de 15,9% e no lodo tipo B exposto a temperatura média – T 22,3ºC ±

4,42 e umidade relativa média – UR 69,1% ± 9,05, o teor de sólidos totais - ST

final foi 20,3%;

Após 13 dias de exposição, o teor de sólidos totais – ST final no lodo tipo A

exposto a temperatura média – T 19,8 ºC ± 3,57 e umidade relativa média – UR

74,9% ± 13,05 foi de 60,2% e no lodo tipo B exposto a temperatura média – T

24,83 ºC ± 5 e umidade relativa média – UR 69,46% ± 13,38, o teor de sólidos

totais - ST foi 60,8%.

Entre o 6º e 8º dia de exposição na condição natural da torta de lodo

tipo A houve precipitação de aproximadamente 30 mm, o que desfavoreceu a

secagem nesse período. Fontana (2004) relata que a ocorrência de precipitação

antes da “abertura” da massa de lodo é potencialmente prejudicial na secagem do

lodo. No entanto, foi observado que após o 10º dia, com aumento da temperatura do

ar e ausência de precipitação a secagem do lodo foi acelerada, de forma que no 14º

dia o teor de sólidos foi de 60%, como mostra o Gráfico 13.

A exposição às condições de inverno resultaram em teores de ST

inferiores aos obtidos nas condições de verão, mesmo para as tortas submetidas à

exposição natural, indicando que nessa estação, os efeitos de fatores climáticos e

físicos são minimizados, podendo em algumas situações, requerer um tempo

superior a 5 dias para secagem adequada. Por outro lado, os valores de ST obtidos

podem ser considerados relativamente satisfatórios, uma vez que Mendes (2001) ao

final do desaguamento mecânico em filtro prensa obteve valores de teor de ST que

variaram de 21% a 32%.

A Figura 32 a Figura 35 mostram as tortas de lodos tipos A e B retidos

nas mantas após 5 dias de secagem nas condições controladas de verão e inverno.

Em ambas as condições nota-se considerável redução do volume de lodo, quando

comparados ao final da fase de drenagem (Figura 28 e Figura 29), com destaque à

maior redução de volume durante a exposição na condição de verão.

93

Figura 32 – Torta de lodo tipo A após 5 dias de secagem na condição controlada de verão (ST

35,6%)

Figura 33 – Torta de lodo tipo B após 5 dias de secagem na condição controlada de verão (ST

23,5%)

Fonte: Do Autor (2012) Fonte: Do Autor (2012)

Figura 34 - Torta de lodo tipo A após 5 dias de secagem na condição controladade inverno (ST

32,6%)

Figura 35 -Torta de lodo tipo B após 5 dias de secagem na condição controlada de inverno (ST

20,3%)

Fonte: Do Autor (2012) Fonte: Do Autor (2012)

Na Tabela 14 são apresentados de forma resumida as temperaturas e

umidades relativas médias após 5 e 13 dias de secagem para as condições

controladas e naturais de verão e inverno, com respectivos teores de sólidos

obtidos, para os lodos tipos A e B.

94

Tabela 14 – Resultados da fase de secagem nas condições controladas e naturais de verão e inverno dos lodos tipos A e B

Condições

Lodo Tipo A

5º dia 13º dia

Tmédia (C) UR média (%) ST (%) Tmédia (C) UR média (%) ST (%) Controlada

Verão 26,5 ± 5,6 79,4 ± 2,6 35,6 28 ± 3,6 79,8 ± 1,6 86,1

Natural Verão 27,3 ± 2,1 73,7 ±15,4 62,9 25,9 ± 3,6 75,9 ±12,8 75,4 Controlada Inverno

14,1 ± 0,2 60 ± 0,05 32,6 14,3 ± 0,2 61,3 ± 7,3 36,2

Natural Inverno

18,2 ± 0,9 72 ± 7,3 15,9 19,8 ± 3,6 79,5 ± 13,0 60,2

Condições

Lodo Tipo B

5º dia 13º dia

Tmédia (C) UR média (%) ST (%) Tmédia (C) UR média (%) ST (%) Controlada

Verão 26,47 ± 5,6 79,4 ± 2,6 23,5 28 ± 3,6 79,8 ± 1,6 86,8

Natural Verão 27,3 ± 2,0 73,7 ±15,4 43,2 25,9 ± 3,6 75,9 ±12,8 82,5 Controlada Inverno

14,1 ± 0,2 60 ± 0,05 20,6 14,3 ± 0,2 61,3 ± 7,3 33,4

Natural Inverno

22,3 ± 4,4 69,1 ± 9,1 20,3 24,8 ± 5 69,4 ± 13,4 60,8

5.2 ETAPA II - DESAGUAMENTO DE LODO DE DECANTADORES DE ETAS EM

PROTÓTIPOS EM ESCALA PILOTO

Inicialmente são apresentadas os resultados referentes à

caracterização física, química e microbiológica dos lodos de estudo tipos A e B

utilizados nos ensaios de desaguamento em escala piloto – Etapa II, e em seguida,

os resultados referentes as fases de drenagem e de secagem dos ensaios de

desaguamento.

Conforme já apresentado, a fase de secagem do experimento em

escala piloto – Etapa II foi realizada para a condição crítica de exposição - condição

natural de inverno, desprotegida da ação de intempéries.

5.2.1 Caracterização dos lodos de estudo utilizados na escala piloto

Na Tabela 15 e Tabela 16 são mostradas as características físicas,

químicas e microbiológicas dos lodos tipos A e B, coletados nos meses de junho e

julho, respectivamente.

95

Foi observado que os lodos apresentam algumas diferenças que são

justificáveis, segundo Di Bernardo, Dantas e Voltan (2011) principalmente em função

da qualidade da água bruta e produtos químicos aplicados na coagulação química.

Tabela 15 – Características do lodo tipo A utlizado na escala piloto e limites estabelecidos pela Resolução 357/05 do Conama para corpos de água doce Classe I e II

Parâmetro Fração total

Fração dissolvida

Classe I Classe II

Turbidez (uT) 10.136 N.A 100 40 Cor aparente (uH) 50.700 N.A -- --

Cor verdadeira (uH) 76 N.A Nível de

cor natural 75

DBO5d, 20C (mg.L-1

) 44,2 N.A 3 5

DQO (mg.L-1

) 814,5 N.A -- -- ST (mg.L

-1) 9.150 N.A -- --

SDT (mg.L-1

) 2070 N.A 500 500 Coliformes Totais (NMP/100mL)

3,2 E+09 N.A -- --

E. Coli (NMP/100mL) 2,E+04 N.A 200 1.000 Alúminio (mg.L

-1) 237,6 0,05 0,1 * 0,1 *

Cádmio (mg.L-1

) < L.Q N.D 0,001 0,001 Cálcio (mg.L

-1) 23,18 10,65 -- --

Chumbo (mg.L-1

) 0,41 N.D 0,01 0,01 Cobalto (mg.L

-1) 0,22 N.D 0,05 0,05

Cobre (mg.L-1

) 1,29 0,031 0,009 * 0,009 * Cromo (mg.L

-1) 0,34 N.D 0,05 0,05

Ferro(mg.L-1

) 545,60 N.D 0,3 * 0,3 * Fósforo (mg.L

-1) 0,66 N.D 0,02 0,03

Magnésio (mg.L-1

) 7,12 3,29 -- -- Manganês (mg.L

-1) 13,71 N.D 0,1 0,1

Níquel (mg.L-1

) 0,094 N.D 0,025 0,025 Potássio (mg.L

-1) 1,0 0,70 -- --

Silício (mg.L-1

) 58,15 6,97 -- -- Sódio (mg.L

-1) 4,3 2,10 -- --

Titânio (mg.L-1

) 14,88 0,003 -- -- Zinco (mg.L

-1) 0,42 N.D 0,18 0,18

Fração dissolvida - lodo filtrado em membrana de fibra de vidro de 0,45 µm <L.Q – Abaixo do limite de quantificação N.D – Não detectado N.A – Não analisado - - limite não estabelecido pela Resolução * valor referente ao composto na forma dissolvida L.Q Cádmio – 0,002 mg.L

-1

96

Tabela 16 – Características dos lodos tipo B utlizado na escala piloto e limites estabelecidos pela Resolução 357/05 do Conama para corpos de água doce Classe I e II

Parâmetro Fração total Fração dissolvida

Classe I Classe II

Turbidez (uT) 19.200 N.A 100 40 Cor aparente (uH) 51.200 N.A -- --

Cor verdadeira (uH) 50 N.A Nível de cor natural

do corpo de água 75

DBO5d, 20C (mg.L-1

) 23,4 N.A 3 5

DQO (mg.L-1

) 2.540 N.A -- -- ST (mg.L

-1) 12.790 N.A -- --

SDT (mg.L-1

) 610 N.A 500 500 Coliformes Totais (NMP/100mL)

1,6 E+06 N.A -- --

E. Coli (NMP/100mL) 3,E+04 N.A 200 1.000 Alúminio (mg.L

-1) 757,7 0,077 0,1 * 0,1 *

Cádmio (mg.L-1

) N.D N.D 0,001 0,001 Cálcio (mg.L

-1) 16,30 10,88 -- --

Chumbo (mg.L-1

) < L.Q N.D 0,01 0,01 Cobalto (mg.L

-1) 0,10 N.D 0,05 0,05

Cobre (mg.L-1

) 0,60 0,031 0,009 * 0,009 * Cromo (mg.L

-1) 0,24 N.D 0,05 0,05

Ferro(mg.L-1

) 324,30 N.D 0,3 * 0,3 * Fósforo (mg.L

-1) 8,69 N.D 0,02 0,03

Magnésio (mg.L-1

) 17,20 2,46 -- -- Manganês (mg.L

-1) 7,72 N.D 0,1 0,1

Níquel (mg.L-1

) 0,10 N.D 0,025 0,025 Potássio (mg.L

-1) 9,60 2,40 -- --

Silício (mg.L-1

) 7,54 1,99 -- -- Sódio (mg.L

-1) 4,20 4,90 -- --

Titânio (mg.L-1

) 5,39 N.D -- -- Zinco (mg.L

-1) 0,55 N.D 0,18 0,18

Fração dissolvida - lodo filtrado em membrana de fibra de vidro de 0,45 µm <L.Q – Abaixo do limite de quantificação N.D – Não detectado N.A – Não analisado - - limite não estabelecido pela Resolução * valor referente ao composto na forma dissolvida L.Q.Chumbo – 0,01 mg.L

-1

Pôde-se observar que de uma maneira geral, os valores dos

parâmetros físicos e químicos determinados nos lodos coletados para os ensaios de

desaguamento em escala piloto – Etapa II foram da mesma ordem de grandeza e

similares aos encontrados nos lodos coletados para os ensaios de desaguamento

em escala reduzida – Etapa I.

No entanto, os valores de contagem de coliformes totais e de E. coli do

lodo tipo A coletado para os ensaios de desaguamento em escala piloto – Etapa II

foram significativamente maiores. Essa variação pode ter ocorrida em função da

suspensão da aplicação de cloro ou mesmo da variação de sua dosagem na

97

chegada de água bruta, conforme já constatado nos lodos coletados para os ensaios

de desaguamento em escala reduzida.

Os lodos utilizados nos desaguamentos em escala piloto apresentaram

valores de turbidez, sólidos dissolvidos totais, DBO, contagem de E.Coli e cobre

dissolvido superiores aos limites estabelecidos pela Resolução 357/05 do Conama

para corpos de água doce classes I e II.

Sabe-se que parte dos metais nos lodos de ETA podem ser resultantes

da adição de coagulantes químicos aplicados no tratamento de água, o que impõe a

necessidade do controle de qualidade do produto químico utilizado, bem como a

avaliação de possíveis riscos de contaminação.

Nos lodos de estudo, as concentrações de alumínio e ferro total foram

de 237 mg.L-1 e 545 mg.L-1 no lodo tipo A e 757 mg.L-1 e 324 mg.L-1 no lodo tipo B,

respectivamente. Esses valores encontram-se dentro da faixa citada por Cordeiro

(2001), que relata que a quantidade de ferro e alumínio em três ETAs avaliadas

variou de 2,16 a 11.000 mg.L-1 de alumínio e 214 a 5.000 mg.L-1 de ferro. No

entanto, deve-se ressaltar que a fração de ferro e alumínio dissolvidos nos lodos

iniciais tipos A e B, apresentaram-se abaixo dos limites estabelecidos pela

Resolução 357/05 do Conama para enquadramento em corpos de água Classes I e

II.

Segundo Rocha et al. (1991) apud Teixeira (2008), a região do

município de Londrina é formada por solo laterítico e composição mineralógica

composta em sua maioria por óxidos e hidróxidos de ferro, com elevadores teores

de ferro e alumínio no material de origem. A pesquisa realizada por Teixeira (2008)

mostrou que o solo de Londrina apresenta teores de ferro da ordem de 140 g.kg-1 e

ressaltou que 99% desse valor faz parte da rede cristalina dos minerais, de forma

que somente 1% do ferro está na forma livre ou trocável. Assim, além dos

coagulantes químicos, o solo da região pode também ter contribuído para os teores

de metais, especialmente de ferro e alumínio nos lodos tipos A e B.

Além do ferro e alumínio, foi determinada a presença de metais

pesados, como chumbo, cobalto, cobre, cromo,níquel e zinco, especialmente na

fração total. Por outro lado, na fração dissolvida, apenas o cobre apresentou valores

superiores ao limite estabelecido pela Resolução 357/05 do Conama para

enquadramento em corpos de água Classes I e II.

98

Os resultados da caracterização dos lodos iniciais reforçam a

necessidade de se realizar um tratamento prévio ao descarte do mesmo em corpos

hídricos receptores, uma vez que o lançamento in natura pode trazer grandes

impactos à biota aquática, especialmente pela elevada concentração de sólidos

totais, turbidez, microrganismos e metais.

5.2.1.1 Teste de sedimentabilidade – Ensaios em coluna de sedimentação

O Gráfico 15 apresenta os resultados do teste de sedimentabilidade

dos lodos tipos A e B realizado através de ensaios em coluna de sedimentação –

provetas de 1L.

O lodo tipo A apresentou velocidade de sedimentação máxima de 1,04

cm.min-1 em um intervalo de 15 min (500 mL). A partir de 45 min (320 mL) sua

velocidade de sedimentação foi reduzindo gradativamente, apresentando após 120

min (240 mL) velocidade praticamente estável.

O lodo tipo B apresentou velocidade de sedimentação máxima de 0,3

cm.min-1 em um intervalo de 45 min. Com tendência de estabilizar após 240 min de

sedimentação.

Gráfico 15 - Curvas de sedimentação dos lodos tipos A e B

0

5

10

15

20

25

30

35

0 15 30 45 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 720 1080 1440

Alt

ura

(cm

)

Tempo (min)

Curva de sedimentação

Lodo tipo A Lodo Tipo B

ST - Lodo tipo A = 0,9%ST - Lodo tipo B = 1,2%

A Figura 36 mostra as fotos do teste de sedimentabilidade dos lodos

tipos A e B nos tempos de 15, 45, 720 e 1440 min. Foi observado que apesar do

99

lodo tipo B apresentar uma velocidade de sedimentação menor, produz um

clarificado de melhor qualidade que o lodo tipo A.

Figura 36 – Fotos do teste sedimentabilidade dos lodos tipos A e B

15 min de

sedimentação 45 min de

sedimentação 720 min de

sedimentação

1440 min de

sedimentação Fonte: Do Autor (2012)

5.2.1.2 Teste de resistência específica

O lodo tipo A apresentou resistência específica de 0,035×1012 m.Kg-1,

enquanto o lodo tipo B apresentou resistência específica de 4,789×1012 m.Kg-1.

Segundo Fontana (2004) quanto maior a resistência específica menor a

capacidade de filtração da água. Segundo ASCE & AWWA (1996) lodos com

resistência específica superior a 1×1012 m.Kg-1 são considerados de difícil filtração, e

inferior a 1×1012 m.Kg-1 são considerados de fácil filtrabilidade.

Dessa forma, pode-se dizer que o lodo tipo A apresentou maior

facilidade de filtração quando comparado ao lodo tipo B, resultado comprovado pela

diferença de tempo requerido para extinção da lâmina líquida entre os lodos tipos A

e B, conforme apresentado no item 5.2.2.

5.2.2 Fase de Drenagem / Escala piloto

O Gráfico 16 e Gráfico 17 mostram os resultados obtidos na fase de

drenagem em escala piloto dos lodos tipos A e B, respectivamente.

100

Gráfico 16 - Resultados da fase de drenagem para o tipo A na escala piloto / Etapa II

Gráfico 17 - Resultados da fase de drenagem para o tipo B na escala piloto / Etapa II

101

A Tabela 17 relaciona algumas diferenças observadas entre as fases

de drenagem dos lodos tipos A e B em escala piloto.

Tabela 17 - Observações da fase de drenagem dos lodos tipos A e B / escala piloto – Etapa II

Observações Lodo tipo A Lodo tipo B

Tempo requerido para extinção da lâmina líquida (h) 27 30

Redução do volume total de lodo aplicado (%) 86 83

Tempo requerido para produção de água drenada com turbidez 100 uT (min) 50 15

Tempo requerido para produção de água drenada com turbidez 40 uT (min) 58 23

Tempo requerido para produção de água drenada com turbidez 10 uT (min) 66 48

Valor de turbidez da água drenada ao final do desaguamento (uT) 1,5 0,7 Valor de cor aparente da água drenada ao final do desaguamento

(uH) 15 5

A diferença no tempo requerido para extinção da lâmina líquida entre

os lodos tipos A e B, comprovam novamente os resultados obtidos no teste de

resistência específica, que revelaram que o lodo tipo A apresenta maior facilidade de

filtração que o lodo tipo B.

As porcentagens de volume de drenados tipos A e B que atenderam a

cada condição estabelecida, em relação ao volume total de água drenada durante os

ensaios de desaguamento são mostradas na Tabela 18.

Tabela 18 - Porcentagens de volume de drenado que atenderam a cada condição na escala piloto Condição I

(<40 uT) Condição II (<100 uT)

Condição III (<10 uT)

Lodo tipo A 66% 69% 62% Lodo tipo B 84% 89% 71%

Assim como observado nos ensaios de desaguamento em escala

reduzida, na escala piloto, as porcentagens de volume de drenado que atenderam

às condições de enquadramento I e II e de reaproveitamento III para o lodo tipo B

foram superiores às obtidas para o lodo tipo A, mas em porcentagens inferiores em

às obtidas em escala reduzida (Tabela 12).

Foram constituídas amostras compostas dos drenados tipos A e B para

cada condição de enquadramento – ACD I e II, condição de reaproveitamento –

ACD III e condição global de produção – ACD IV. Posteriormente fez-se a

caracterização física, química e microbiológica das amostras compostas a fim de

102

avaliar possíveis riscos à saúde e impactos ao meio ambiente, considerando o seu

lançamento em corpos hídricos Classe I e II.

O Gráfico 18 e Gráfico 19 mostram os resultados em relação às

análises de turbidez, cor verdadeira, sólidos dissolvidos totais, DBO, DQO,

coliformes totais e E.Coli dos lodos inicias e das amostras compostas dos drenados

dos lodos tipos A e B, respectivamente.

Gráfico 18 - Resultados da caracterização do lodo inicial tipo A e amostras compostas dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II), reaproveitamento (III) e drenado global (IV)

produzidos em escala piloto

Turbidez Cor

Verdadeira DBO DQO SDT

Coliformes Totais

E. Coli

Lodo Inicial 10136 76 44,2 814,5 2070 3,20E+09 2,19E+04

ACD I 5,4 10,2 4,5 42,7 115 3,62E+04 4,79E+01

ACD II 9,8 15,0 3,6 40,2 101 0,00E+00 5,54E+01

ACD III 6,0 9,1 4,6 22,6 102 0,00E+00 4,08E+01

ACD IV 398 22,0 5,0 65 124 9,00E+04 5,69E+02

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

Turb

ide

z (u

T), C

or

ve

rdad

eir

a (u

H),

DB

O ,

DQ

O,

SDT

(mg.

L-1),

C

Oli

form

es

Tota

is e

E.C

oli

(NM

P.m

L-1)

Amostras Compostas dos Drenados- Lodo Tipo AEscala Piloto

Lodo Inicial ACD I ACD II ACD III ACD IV

103

Gráfico 19 - Resultados da caracterização do lodo inicial tipo B e amostras compostas dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II), reaproveitamento (III) e drenado global (IV)

produzidos em escala piloto

TurbidezCor

Verdadeira DBO DQO SDT

Coliformes Totais

E. Coli

Lodo Inicial 19200 50 23,4 2540,58 12790 1,60E+06 3,07E+04

ACD I 5 10,0 2,5 9,98 90 3,01E+03 8,50E+00

ACD II 8 14,0 2,7 17,52 126 4,50E+03 8,40E+00

ACD III 2,8 7 2,7 32,62 128 1,20E+03 7,40E+00

ACD IV 38 33,0 3,7 311,88 106 7,30E+04 4,81E+01

1

10

100

1000

10000

100000

1000000Tu

rbid

ez

(uT)

, Co

r ap

are

nte

(uH

), D

BO

, D

QO

, ST

(mg.

L-1),

C

oli

fom

es

tota

is e

E.C

oli (

NM

P.m

L-1)

Amostras Compostas dos Drenados - Lodo Tipo BEscala Piloto

Lodo Inicial ACD I ACD II ACD III ACD IV

Como pode ser observado, os lodos tipos A e B apresentaram valores

de cor verdadeira de 76 e 50 uH, respectivamente, e portanto, em conformidade com

os valores limites da Resolução 357/05 do Conama.

A Resolução 357/05 do Conama não estabelece valor limite de DQO,

porém pode ser observado em ambos os desaguamentos que houve uma redução

significativa dos valores desse parâmetro nos drenados produzidos. No entanto, a

Legislação Estadual SEMA/07 do IAP – Instituto Ambiental do Paraná estabelece o

limite de DQO de 125 mg.L-1 como padrão de lançamento. Constatou-se que todas

as amostras compostas dos drenados do lodo tipo A atenderam a esse limite,

enquanto nos drenados do lodo tipo B, somente a amostra composta global –

condição IV, apresentou-se acima de 125 mg.L-1.

Em relação à DBO, todas as amostras compostas dos drenados dos

lodos tipos A e B apresentaram valores entre 3 e 5 mg.L-1, limites estabelecidos pela

Resolução 357/05 do Conama para corpos de água Classe I e II, respectivamente.

O limite estabelecido para SDT pela Resolução 357/05 do Conama é

de 500 mg.L-1 para corpos de água Classe I e II. Os valores de SDT para as

amostras compostas dos lodos drenados tipos A e B apresentaram-se abaixo desse

104

limite, com valores máximos de 124 mg.L-1 e 106 mg.L-1 nas ACD IV,

respectivamente.

A Resolução 357/05 do Conama não menciona o limite aceitável para

coliformes totais, e estabelece os valores de 200 e 1.000 coliformes termotolerantes

por 100 mL de amostra, para corpos de água classe I e II, respectivamente. Para as

amostras compostas dos drenados do lodo tipo A pode-se verificar que somente o

volume de drenado referente à Condição IV (ACD IV) não atende ao limite

estabelecido para corpos de água classe I, ao passo que as amostras compostas

dos drenados do lodo tipo B enquadraram-se em todos os limites estabelecidos

considerados.

Esses resultados comprovam a elevada eficiência do desaguamento de

lodos de decantadores de ETAs pela concepção proposta - leitos de drenagem /

secagem com manta geotêxtil.

A Tabela 19 e Tabela 20 mostram os valores de metais nos lodos

iniciais e amostras compostas dos drenados dos lodos tipos A e B para cada

condição estabelecida.

Tabela 19 - Resultados da quantificacao de metais no lodo inicial tipo A e amostras compostas dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II), reaproveitamento (III) e drenado

global (IV) produzidos em escala piloto Parâmetro Lodo Inicial ACD I ACD II ACD III ACD IV

Alúminio Total (mg.L-1

) 237,6 0,32 0,26 0,18 11,29 Ferro Total (mg.L

-1) 545,60 1,78 0,85 0,36 50,20

Cádmio Total (mg.L-1

) < L.Q N.D N.D N.D N.D Cálcio Total (mg.L

-1) 23,18 7,08 7,64 6,75 8,19

Chumbo Total (mg.L-1

) 0,41 N.D N.D N.D N.D Cobalto Total (mg.L

-1) 0,22 N.D N.D N.D N.D

Cobre Total (mg.L-1

) 1,29 0,05 0,046 0,046 0,10 Cromo Total (mg.L

-1) 0,34 N.D N.D N.D 0,01

Fósforo Total (mg.L-1

) 0,66 0,05 <L.Q <L.Q <L.Q Magnésio Total (mg.L

-1) 7,12 2,12 2,28 2,01 2,52

Manganês Total (mg.L-1

) 13,71 1,43 1,55 1,34 2,09 Níquel Total (mg.L

-1) 0,094 N.D N.D N.D N.D

Potássio Total (mg.L-1

) 1,0 <L.Q <L.Q <L.Q <L.Q Silício Total (mg.L

-1) 58,15 4,72 4,73 4,13 17,93

Sódio Total (mg.L-1

) 4,3 1,50 1,50 1,40 1,90 Titânio Total (mg.L

-1) 14,88 <L.Q N.D N.D 0,77

Zinco Total (mg.L-1

) 0,42 N.D N.D N.D N.D

105

Tabela 20 – Resultados da quantificacao de metais no lodo inicial tipo B e amostras compostas dos drenados – ACD para cada condição de enquadramento (I e II), reaproveitamento (III) e

drenado global (IV) produzidos em escala piloto Parâmetro Lodo Inicial ACD I ACD II ACD III ACD IV

Alúminio Total (mg.L-1

) 757,7 0,17 0,35 0,24 1,28 Ferro Total (mg.L

-1) 324,30 <L.Q 0,60 0,10 2,72

Cádmio Total (mg.L-1

) N.D N.D N.D N.D N.D Cálcio Total (mg.L

-1) 16,30 5,20 5,88 5,66 6,34

Chumbo Total (mg.L-1

) < L.Q N.D N.D N.D N.D Cobalto Total (mg.L

-1) 0,10 N.D N.D N.D N.D

Cobre Total (mg.L-1

) 0,60 0,045 0,046 0,046 0,043 Cromo Total (mg.L

-1) 0,24 N.D N.D N.D N.D

Fósforo Total (mg.L-1

) 8,69 N.D <L.Q 0,093 0,06 Magnésio Total (mg.L

-1) 17,20 1,51 1,75 1,69 1,88

Manganês Total (mg.L-1

) 7,72 0,93 1,08 1,05 1,17 Níquel Total (mg.L

-1) 0,10 N.D N.D N.D N.D

Potássio Total (mg.L-1

) 9,60 1,0 <L.Q 1,0 1,10 Silício Total (mg.L

-1) 7,54 2,28 2,94 2,42 4,04

Sódio Total (mg.L-1

) 4,20 2,70 2,90 3,0 3,20 Titânio Total (mg.L

-1) 5,39 N.D N.D N.D 0,04

Zinco Total (mg.L-1

) 0,55 N.D N.D N.D N.D

Como pôde-se observar, dentre os metais analisados nos lodos iniciais,

o ferro e o alumínio apresentaram-se em maiores concentrações, devido

principalmente, aos tipos de coagulante químico empregados nas ETAs.

No entanto, conforme apresentado na Tabela 15 e Tabela 16, a fração

de ferro e alumínio dissolvidos nos lodos iniciais tipos A e B, apresentaram-se

abaixo dos limites estabelecidos pela Resolução 357/05 do Conama para

enquadramento em corpos de água Classes I e II.

Em relação às amostras compostas dos drenados, pode-se observar

que no desaguamento do lodo tipo A, a redução mínina da concentração de ferro

total foi de 90,8% na amostra composta referente a condição IV (50,2 mg.L-1) e

máxima de 99,93% na amostra composta referente a condição III (0,36 mg.L-1), o

que comprovam a elevada eficiência do sistema.

As elevadas concentrações de metais na fração suspensa

quantificadas na amostra composta referente a condição IV do lodo tipo A, revelam

que o lançamento direto do drenado mesmo após o tratamento poderá incrementar

significativamente as concentrações de metais e causar impactos negativos aos

corpos receptores classes I e II.

No desaguamento do lodo tipo B, a redução mínina da concentração

de alumínio total foi de 99,83% na amostra composta referente a condição IV (1,28

106

mg.L-1) e máxima de 99,97% na amostra composta referente a condição I (0,17

mg.L-1), reduzindo substancialmente os prejuízos à qualidade do corpo receptor.

Como em relação à fração dissolvida dos metais nos lodos tipos A e B,

apenas o cobre apresentou valores superiores ao limite estabelecido pela Resolução

357/05 do Conama para enquadramento em corpos de água Classes I e II, o mesmo

pode ocorre para as amostras compostas dos drenados, especialmente para a ACD

IV.

Apesar da turbidez ser um parâmetro indireto e inespecífico, seu uso

como parâmetro de controle de eficiência foi de fundamental importância, por

possibilitar:

a sistematização dos resultados em relação à qualidade da água drenada de

acordo com as condições de enquadramento (Condição I e II) e de

reaproveitamento (Condição III);

a comprovação de que o lançamento direto da produção global de drenados

(Condição IV) poderá trazer impactos negativos aos corpos de água receptores

classes I e II e que portanto, requer a a implantação de um sistema on-line de

separação do drenado produzido mediante controle de qualidade a exemplo do

sistema proposto neste trabalho;

as amostras compostas de água drenada que atenderam às condições de

enquadramento I e II em relação a este parâmetro de controle – turbidez,

apresentaram de maneira geral, qualidade compatível às condições de

enquadramento consideradas;

a constatação de que grande parcela do volume de drenado produzido (valores

superiores a 62 % para o lodo tipo A e 71% para o lodo tipo B na escala piloto –

Etapa II) poderá ser reaproveitado para produção de água na própria ETA, o que

contribuirá para o manejo e destino adequado dos resíduos da mesma.

5.2.3 Fase de Secagem / Escala piloto

A fase de secagem das tortas de lodos retidos tipos A e B produzidos

em escala piloto foi realizada em condição natural de exposição e desprotegida da

ação de intempéries.

107

Os teores de sólidos totais iniciais nas tortas de lodo tipos A e B foram

de 12,9% e 11,2%, respectivamente. O Gráfico 20 apresenta os resultados da

secagem da torta de lodo tipo A, realizada para a condição crítica de secagem

observada nos desaguamentos em escala reduzida - natural de inverno, durante 7

dias de monitoramento.

Gráfico 20 - Resultados da fase de secagem do lodo tipo A em escala piloto / Etapa II - Condição natural de exposição

ST12,9%

ST13,1%

ST14,9%

ST 15,9%

ST15,5%

ST16,6%

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 6 7

Sóli

do

s (%

), U

mid

ade

Re

lati

va (U

R),

Te

mp

era

tura

(°C

)

Tempo (dias)

Fase de Secagem - Lodo Tipo AEscala Piloto - Condição Natural de Exposição

Temperatura média do ar (°C) Umidade relativa média do ar (%)

ST do lodo retido (%) Variação da umidade relativa do ar (%)

Variação da temperatura do ar (°C)

T média do ar = 18C ± 1,6UR média do ar = 76,7% ± 13,4

Precipitação: 30 mmPeríodo: 5 ao 7 d

Em relação a secagem do lodo tipo A, pôde-se observar que após 7

dias de exposição, com temperatura média de 18,3ºC ± 1,6, umidade relativa média

de 76,7% ± 13,4 e ocorrência de precipitação no 6º ao 7º dia, o teor de sólidos totais

final foi de 16,6%.

A Figura 37 à Figura 39 mostram fotos da torta do lodo tipo A,

respectivamente logo após a drenagem, no 4º dia de secagem sem a ocorrência de

precipitação e após o 7º dia de secagem, onde é possível observar que a

incorporação da água da chuva na torta prejudicou a secagem do lodo. Como pode-

se observar na Figura 38, mesmo com um teor de sólidos relativamente baixo (15%)

foi possível desprender o lodo retido na manta com relativa facilidade para

disposição adequada.

108

Figura 37 - Torta do lodo tipo A logo após a fase de drenagem (ST 12,9%)

Figura 38 -Torta do lodo tipo A no 4º dia de secagem (ST 15%)

Fonte: Do Autor (2012) Fonte: Do Autor (2012)

Figura 39 - Torta do lodo tipo A após 7 dias de secagem (ST 16,6%)

Fonte: Do Autor (2012)

O Gráfico 21 apresenta os resultados da secagem da torta de lodo tipo

B.

109

Gráfico 21 - Resultados da fase de secagem do lodo tipo B em escala piloto – Etapa II – condição natural de exposição

ST11,2%

ST

11,5%

ST12,3%

ST16,6% ST

20,3%

ST26 %

ST30,2%

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7

Sóli

do

s (%

), U

mid

ade

Re

lati

va (U

R),

Te

mp

era

tura

(°C

)

Tempo (dias)

Fase de Secagem - Lodo Tipo BEscala Piloto - Condição Natural de Exposição

Temperatura média do ar (°C) Umidade relativa média do ar (%)

ST do lodo retido (%) Variação da temperatura do ar (°C)

Variação da umidade relativa do ar (%)

T média do ar = 23C ± 3,6UR média = 69,4% ± 8,1

Pôde-se observar que após 7 dias de secagem, com temperatura

média de 23,2 ºC ± 3,6 e umidade relativa média de 69,4% ± 8,1 o teor de sólidos

totais final foi de 30,2%.

A Figura 40 e Figura 41 mostram fotos do lodo tipo B retido na manta

ao final da fase de drenagem e após sete dias de secagem.

Figura 40 - Torta do lodo tipo B logo após a fase de drenagem (ST 11,2%)

Figura 41 - Torta de lodo do lodo tipo B após 7 dias de secagem (ST 30,2%)

Fonte: Do Autor (2012) Fonte: Do Autor (2012)

A secagem dos lodos tipos A e B em condições naturais críticas de

exposição de inverno, desprotegidos de precipitação possibilitou a obtenção de

teores de sólidos da ordem de 16 e 30% após 7 dias de secagem, valores da

110

mesma ordem de grandeza dos produzidos por técnicas mecânicas de

desaguamento.

Os resultados comprovaram a eficiência do sistema de desaguamento

composto por leitos de drenagem / secagem com manta geotêxtil, mesmo para a

condições naturais críticas de exposição de inverno e sujeito à radiação solar,

ventilação e precipitações durante a fase de secagem.

5.3 COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS DE DESAGUAMENTO

EM ESCALA REDUZIDA – ETAPA I E ESCALA PILOTO – ETAPA II

A Tabela 21 mostra a compilação dos dados quantitativos das fases de

drenagem e secagem em escala reduzida – Etapa I e escala piloto – Etapa II.

111

Tabela 21 – Dados quantitativos das fases de drenagem e secagem nas Etapas I e II

Escala Reduzida – Etapa I

Escala Piloto – Etapa II

Lodo A Lodo B Lodo A Lodo B

Fase de Drenagem

Teor de sólidos totais - ST (%) 1,5 1,6 0,91 1,27

Manta (g.m-2

) 600 600 600 600

Taxa de aplicação de sólidos - TAS (kg.m-2) 7,5 7,5 7,5 6,5

Taxa de aplicação volumétrica - TAV (m3.m

-2.d

-1) 15 15 20 14

Volume de lodo aplicado (L) 26,5 24,8 293,8 164,5

Vazão de aplicação (mL.min-1

) 550 550 5.000 3.500

Lâmina líquida após aplicação (cm) 37 39 45 33

Tempo final de drenagem ou Tempo de extinção da lâmina líquida (h)

41 43 27 30

Volume total drenado (L) 25 23,5 255 135,6

Volume que atendeu a Condição I (%) 78 91 66 84

Volume que atendeu a Condição II (%) 80 91 69 89

Volume que atendeu a Condição III (%) 76 89 62 71

Redução do volume de lodo aplicado (%) 94 94 87 82

Fase de Secagem Tempo para obtenção de teor de ST de 30 % (d)

(Cond. Controlada:Verão) 5 7 -- --

Tempo para obter teor de ST de 30 % (d) (Cond. Natural:Verão)

3 4 -- --

Tempo para obtenção de ST de 30 % (d) (Cond. Controlada:Inverno)

5 13 -- --

Tempo para obtenção de ST de 30 % (d) (Cond. Natural:Inverno)

11 7 -- --

Tempo para obtenção de teor de ST de 30 % (d) (Cond.Natural de exposição)

-- -- N.O 7

N.O – Não foi possível obter ST de 30% -- Não realizado

Como observado os tempos necessários para extinção da lâmina

líquida nos ensaios em escala reduzida – Etapa I e escala piloto – Etapa II, para o

lodo de cloreto férrico (lodo tipo A), foram respectivamente, 41 e 27 horas. Para o

lodo de PACl (lodo tipo B), os tempos necessários para extinção da lâmina líquida

nos ensaios em escala reduzida e escala piloto, foram 43 e 30 horas,

respectivamente.

Barroso (2007) e Achon, Barroso e Cordeiro (2008) avaliaram o

desaguamento em leitos de drenagem / secagem com manta geotêxtil (600 g.m-2) de

lodos de sulfato de alumínio e PACl. Os tempos necessários para extinção da lâmina

líquida encontrados pelos autores, foram da ordem de 6 horas para o lodo de sulfato

de alumínio e 1 hora para o lodo de PACl. Entretanto, as TAS e os volumes de lodo

aplicados por Barroso (2007) e Achon, Barroso e Cordeiro (2008) foram

112

significativamente inferiores aos aplicados neste estudo, justificando as diferenças

entre os tempos de drenagem.

Constatou-se que os tempos de drenagem ou os tempos necessários

para extinção da lâmina líquida nos ensaios em escala reduzida – Etapa I resultaram

sempre superiores quando comparados aos da escala piloto – Etapa II. Por outro

lado, na fase de drenagem dos lodos tipos A e B, as porcentagens de volume de

água drenada que atenderam a cada condição (I, II e III) e as porcentagens de

redução do volume de lodo foram superiores nas escalas reduzidas – Etapa I

quando comparadas às obtidas nas escalas pilotos – Etapa II.

De modo geral, os resultados apresentados na Tabela 21 mostram que

a escala adotada no leito de drenagem / secagem influencia nos resultados obtidos

na drenagem e secagem do lodo, porém, não prejudica a eficiência do sistema de

desaguamento.

Os resultados qualitativos da fase de secagem nas Etapas I e II são

apresentados na Tabela 22 e Tabela 23. Os dados mostram que além da

temperatura e umidade relativa do ar, a incidência de radiação solar e ventilação

favorecem a secagem do lodo, pois na condição natural de verão, por exemplo,

mesmo com valores de umidade relativa superiores, os lodos tipos A e B

apresentaram ao 5º dia de secagem, teores de ST significativamente maiores que na

condição controlada de verão.

Além disso, os resultados revelam que independente da condição de

exposição, os lodos tipos A e B tem comportamento semelhantes na fase de

secagem, apresentando teores de sólidos com valores próximos no 5º e 13º dias de

secagem.

113

Tabela 22 – Dados qualitativos da fase de secagem dos lodos tipos A nas Etapas I e II

Condições

Lodo Tipo A

Escala Reduzida – Etapa I

5º dia 13º dia

Tmédia (C) UR média (%) ST (%) Tmédia (C) UR média (%) ST (%)

Controlada Verão

26,5 ± 5,6 79,4 ± 2,6 35,6 28 ± 3,6 79,8 ± 1,6 86,1

Natural Verão 27,3 ± 2,1 73,7 ±15,4 62,9 25,9 ± 3,6 75,9 ±12,8 75,4

Controlada Inverno

14,1 ± 0,2 60 ± 0,05 32,6 14,3 ± 0,2 61,3 ± 7,3 36,2

Natural Inverno 18,2 ± 0,9 72 ± 7,3 15,9 19,8 ± 3,6 79,5 ± 13 60,2

Condições Escala Piloto – Etapa II

7º dia 13º dia

Natural inverno 18,3 ± 1,6 76,7 ± 13,4 16,6 -- -- --

-- Não realizado

Tabela 23 – Dados qualitativos da fase de secagem dos lodos tipos B nas Etapas I e II

Condições

Lodo Tipo B

Escala Reduzida – Etapa I

5º dia 13º dia

Tmédia (C) UR média (%) ST (%) Tmédia (C) UR média (%) ST (%)

Controlada Verão

26,5 ± 5,6 79,4 ± 2,6 23,5 28 ± 3,6 79,8 ± 1,6 86,8

Natural Verão 27,3 ± 2,1 73,7 ±15,4 43,2 25,9 ± 3,6 75,9 ±12,8 82,5

Controlada Inverno

14,1 ± 0,2 60 ± 0,05 20,6 14,3 ± 0,2 61,3 ± 7,3 33,4

Natural Inverno 22,3 ± 4,42 69,1 ± 9,05 20,3 24,8 ± 5 69,4 ± 13,38 60,8

Condições Escala Piloto – Etapa II

7º dia 13º dia

Natural inverno 23,2 ± 3,6 69,4% ± 8,1 30,2 -- -- --

-- Não realizado

A Tabela 24 e Tabela 25 mostram os dados qualitativos da fase de

drenagem nas Etapas I e II para os lodos tipos A e B, respectivamente.

114

Tabela 24 – Resultados qualitativos das fases de drenagem em escala reduzida – Etapa I e escala piloto – Etapa II para lodo tipo A e amostras compostas dos drenados – ACD I, II, III e IV e limites estabelecidos pela Resolução 357/05 do Conama para corpos de água doce Classe I e II

Escala Reduzida Escala Piloto Limites Conama

Lodo

Inicial ACD I ACD II ACD III ACD IV

Lodo Inicial

Lodo Inicial

ACD I ACD II ACD III ACD IV Classe

I Classe

II Turbidez (uT) 20000,0 2,5 3,4 2,5 695,0 1013,4 N.A 5,4 9,8 6,0 398,0 100 40

Cor aparente (uH) 63460,0 47,4 49,0 49,0 299,5 50700,0 N.A 43,0 50,0 28,0 23,0 -- --

ST (mg.L-1

) 15558,0 274,0 368,0 632,0 884,0 9150,0 N.A 118,0 108,0 108,0 420,0 -- --

SDT (mg.L-1) 4318,0 282,0 365,0 452,0 631,0 2070,0 N.A 114,6 101,3 102,0 124,0 500 500 DBO (mg.L-1) 77,3 3,2 4,0 4,2 9,0 44,2 N.A 4,5 3,5 4,5 4,9 3 5 DQO (mg.L-1) 1587,9 30,1 32,6 37,5 77,9 814,5 N.A 42,6 40,1 22,5 65,3 -- --

Coliformes (NMP) 4,5E+05 4,1E+01 3,8E+01 4,5E+01 1,9E+03 3,2E+09 N.A 3,6E+04 4,0E+04 3,5E+04 9,0E+04 -- -- E.Coli (NMP) 7,7E+02 0,0 0,0 0,0 4 E+00 2,2E+04 N.A 4,8E+01 5,5E+01 4,1E+01 5,7E+02 2 E+02 1E+03

Alúminio (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 237,6 N.A * 0,32 0,26 0,18 11,29 0,1 * 0,1 *

Cádmio (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A < L.Q N.D* N.D N.D N.D N.D 0,3* 0,3*

Cálcio (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A

23,18 10,65*

7,08 7,64 6,75 8,19 0,001 0,001

Chumbo (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 0,41 N.D* N.D N.D N.D N.D -- --

Cobalto (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A 0,22 N.D* N.D N.D N.D N.D 0,01 0,01 Cobre (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A 1,29 0,031

* 0,05 0,046 0,046 0,10 0,05 0,05

Cromo (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 0,34 N.D* 1,78 0,85 0,36 50,20 0,009 * 0,009 *

Ferro(mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 545,60 N.D* 0,05 <L.Q <L.Q <L.Q 0,05 0,05

Fósforo (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A 0,66 N.D* 2,12 2,28 2,01 2,52 0,02 0,03 Magnésio (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A 7,12 3,29* 1,43 1,55 1,34 2,09 -- --

Manganês (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 13,71 N.D* N.D N.D N.D N.D 0,1 0,1

Níquel (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 0,094 N.D* <L.Q <L.Q <L.Q <L.Q 0,0 0,025

Potássio (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A 1,0 0,70* 4,72 4,73 4,13 17,93 -- --

Silício (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 58,15 6,97* 1,50 1,50 1,40 1,90 -- --

Sódio (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 4,3 2,10* <L.Q N.D N.D 0,77 -- -- Titânio (mg.L

-1) N.A N.A N.A N.A N.A 14,88 0,003

* N.D N.D N.D N.D

-- --

Zinco (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 0,42 N.D* 0,05 <L.Q <L.Q <L.Q 0,18 0,18

-- não estabelecido ACD – amostra composta do drenado de cada condição N.A – não analisado ND – não detectado < L.Q - abaixo do limite de quantificação * valor referente ao composto na forma dissolvida

115 Tabela 25 - Resultados qualitativos das fases de drenagem em escala reduzida – Etapa I e escala piloto – Etapa II para o lodo tipo B e amostras compostas

dos drenados – ACD I, II, III e IV e limites estabelecidos pela Resolução 357/05 do Conama para corpos de água doce Classe I e II Escala Reduzida Escala Piloto Limites Conama

Lodo

Inicial ACD I ACD II ACD III ACD IV

Lodo Inicial

Lodo Inicial

ACD I ACD II ACD III ACD IV

Classe I

Classe II

Turbidez (uT) 18000,0 1,1 1,1 1,5 156,0 19.200 N.A 4,7 7,8 2,8 37,8 100 40

Cor aparente (uH) 55117,0 39,5 39,5 37,9 346,5 51.200 N.A 31,0 40,0 16,0 179,0 -- --

ST (mg.L-1

) 16932,0 366,0 366,0 338,0 458,0 12.790 N.A 90,0 126,0 126,0 206,0 -- --

SDT (mg.L-1

) 3312,0 362,6 362,6 337,2 264,5 610 N.A 83,5 120,5 126,0 182,5 500 500

DBO (mg.L-1

) 49,8 5,4 5,4 4,8 10,5 23,4 N.A 1,6 1,6 1,9 2,7 3 5 DQO (mg.L

-1) 2781,6 40,2 40,2 32,6 60,3 2.540 N.A 10,0 17,5 32,6 311,8 -- --

Coliformes (NMP) 3,5E+05 1,8E+01 1,8E+01 1,2E+01 1 E+03

1,6 E+06 N.A 3E+03 4,5E+03 1,2E+05 7,3E+04 -- --

E.Coli (NMP) 6510,0 0,0 0,0 0,0 70,8 3,E+04 N.A 8,5 8,4 7,4 48,1 200,0 1000

Alúminio (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 2,E+04 N.A 0,17 0,35 0,24 1,28 0,1 * 0,1 *

Cádmio (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 237,6 0,05 N.D N.D N.D N.D 0,3* 0,3*

Cálcio (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A < L.Q N.D 5,20 5,88 5,66 6,34 0,001 0,001

Chumbo (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 23,18 10,65 N.D N.D N.D N.D -- -- Cobalto (mg.L

-1) N.A N.A N.A N.A N.A 0,41 N.D N.D N.D N.D N.D 0,01 0,01

Cobre (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 0,22 N.D 0,045 0,046 0,046 0,043 0,05 0,05

Cromo (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A 1,29 0,031 N.D N.D N.D N.D 0,009 * 0,009 * Ferro(mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A 0,34 N.D <L.Q 0,60 0,10 2,72 0,05 0,05

Fósforo (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A 545,60 N.D N.D <L.Q 0,093 0,06 0,02 0,03

Magnésio (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 0,66 N.D 1,51 1,75 1,69 1,88 -- --

Manganês (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 7,12 3,29 0,93 1,08 1,05 1,17 0,1 0,1

Níquel (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A 13,71 N.D N.D N.D N.D N.D 0,0 0,025

Potássio (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 0,094 N.D 1,0 <L.Q 1,0 1,10 -- --

Silício (mg.L-1

) N.A N.A N.A N.A N.A 1,0 0,70 2,28 2,94 2,42 4,04 -- -- Sódio (mg.L

-1) N.A N.A N.A N.A N.A 58,15 6,97 2,70 2,90 3,0 3,20 -- --

Titânio (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A 4,3 2,10 N.D N.D N.D 0,04 -- -- Zinco (mg.L-1) N.A N.A N.A N.A N.A 14,88 0,003 N.D N.D N.D N.D 0,18 0,18

-- não estabelecido ACD – amostra composta do drenado de cada condição N.A – não analisado ND – não detectado < L.Q - abaixo do limite de quantificação * valor referente ao composto na forma dissolvida

116

5.4 INFLUÊNCIA DA EXECUÇÃO DE SUCESSIVOS DESAGUAMENTOS NA

MANTA GEOTÊXTIL

No Gráfico 22 são apresentados os resultados da fase de drenagem,

dos 5 (cinco) desaguamentos em escala reduzida, realizados para avaliar influência

da execução de sucessivos desaguamentos na manta geotêxtil e a influência desta

prática no desempenho do sistema, especialmente em relação à duração da fase de

drenagem e qualidade dos lodos drenados produzidos.

Gráfico 22 - Resultados de turbidez dos drenados produzidos nos Ensaios 1 ao 5 em função do tempo de drenagem

0,10

1,00

10,00

100,00

1000,00

10000,00

100000,00

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Turb

ide

z (u

T)

Tempo (min)

Sucessivos ensaios de desaguamento na manta geotêxtil-Lodo tipo A / Escal a reduzida

Ensaio1 Ensaio 2

Ensaio 3 Ensaio 4

Ensaio 5 Limite de Turbidez (Classe II) (uT)

Limite de Turbidez (Classe I) (uT) Limite de Turbidez (Recirculação) (uT)

Em função da colmatação da manta e conseqüente redução de vazios

entre as fibras que formam a manta, era esperado que a qualidade de água drenada

fosse melhorada a cada ensaio, pois a colmatação dificultaria a passagem dos

sólidos pela camada filtrante. No entanto, como pode ser observado no Gráfico 22, a

qualidade dos lodos drenados em relação ao parâmetro turbidez, nos Ensaios 2, 3, 4

117

e 5 foi inferior à do Ensaio 1, porém com eficiências ainda elevadas e tendência de

apresentar o mesmo comportamento em ensaios subseqüentes.

As variações na qualidade dos lodos drenados no início da drenagem

(entre 130 e 200 min) não foram observadas nos ensaios realizados em escala

reduzida – Etapa I e podem estar relacionadas ao desprendimento de sólidos

previamente presentes na manta entre um desaguamento e outro, provocando os

picos de turbidez observados.

O Gráfico 23 mostra os resultados das porcentagens de volume de

água drenada em relação ao volume de lodo aplicado, que atenderam a cada

condição de enquadramento (Condição I e II) e de reaproveitamento (Condição III)

em cada ensaio de desaguamento.

Gráfico 23 -Resultados das porcentagens de volume que atenderam a cada condição imposta

77% 79%75%

68% 70%

44%

85%90%

50%

78%86%

49%53%

60%

45%

0

20

40

60

80

100

Condição I Condição II Condição III

% d

e v

olu

me

Porcentagem de volume de drenado que atenderam às

condições I, II e III

Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 3 Ensaio 4 Ensaio 5

As porcentagens de volume de água drenada que atenderam à

condição de reaproveitamento (Condição III) nos Ensaios 2 ao 5 foram inferiores às

obtidas no Ensaio 1, mostrando que o uso sucessivo da manta geotêxtil influenciou

de forma negativa na qualidade de água drenada produzido. Por outro lado, as

porcentagens de volume de água drenada que atenderam às condições de

enquadramento (Condições I e II) não apresentaram diferenças significativas entre o

ensaios realizados.

118

5.5 DISPOSIÇÃO FINAL DA TORTA DE LODO

5.5.1 Teste de lixiviação – Ensaio em colunas de lixiviação

Os lodos tipos A e B desaguados utilizados nas colunas de lixiviação

apresentaram teor de sólidos de 77,8% e 79,5%, respectivamente. Após a lixiviação

foi observado um aumento de umidade da ordem de 4% dos lodos, ocasionada pela

incorporação da água nos materiais sólidos.

A Figura 42 mostra as amostras compostas dos lixiviados dos lodos

tipos A e B.

Figura 42 - Foto das amostras compostas dos líquidos percolados das colunas de lixiviação dos lodos tipos A e B

Fonte: Do Autor (2012)

Na Tabela 26 é mostrada a caracterização físico, química e

microbiológica das amostras compostas dos lixiviados dos lodos tipos A e B.

119

Tabela 26 – Caracterização das amostras compostas dos lixiviados dos lodos tipos A e B Parâmetro Amostra composta do lixiviado

- lodo tipo A Amostra composta do lixiviado

- lodo tipo B pH 5,5 5,1

Condutividade (µS.cm-1

) 44,5 39,7 Turbidez (uT) 3,3 0,58

Coraparente (uH) 89 6,67 DBO (mg.L

-1) 2,9 2,9

DQO (mg.L-1

) 54,84 27,59 Alúminio Total (mg.L

-1) 0,12 0,05

Ferro Total (mg.L-1

) 0,10 0,007 Cádmio Total (mg.L

-1) N.D N.D

Cálcio Total (mg.L-1

) 3,45 2,82 Chumbo Total (mg.L

-1) N.D N.D

Cobalto Total (mg.L-1

) N.D N.D Cobre Total (mg.L

-1) 0,04 0,03

Cromo Total (mg.L-1

) N.D N.D Fósforo Total (mg.L

-1) N.D N.D

Magnésio Total (mg.L-1

) 1,01 0,27 Manganês Total (mg.L

-1) 0,44 0,67

Níquel Total (mg.L-1

) N.D N.D Potássio Total (mg.L

-1) 0,30 0,30

Silício Total (mg.L-1

) 5,42 1,07 Sódio Total (mg.L

-1) 0,50 0,40

Titânio Total (mg.L-1

) 0,007 0,003 Zinco Total (mg.L

-1) <L.Q 0,02

N.D – Não detectado <L.Q – Abaixo do limite de quantificação

O contato da água ultrapura com os lodos dispostos nas colunas de

lixiviação provocou a alteração de alguns parâmetros, especialmente aumento da

condutividade pela presença de sais nos lodos, DQO e alguns metais, em especial o

cálcio e silício. Entretanto, esses valores não são considerados nocivos ao meio

ambiente, pois apresentam-se abaixo dos limites estabelecidos pela Resolução

357/05 do Conama para enquadramento em corpos de água doce Classes I e II

(Tabela 11).

Segundo Ferranti (2006) a concentração de metais predomina de forma

sensível na fase sólida do lodo. O ensaio de lixiviação revelou que os metais

presentes na fase sólida do lodo muito provavelmente não oferecerão riscos ao meio

ambiente, por não serem disponibilizados facilmente a partir do contato com a água,

mesmo para a condição crítica de precipitação aplicada.

120

5.5.2 Classificação dos lodos de ETA

Nas Tabela 27 à Tabela 30 são apresentados os resultados dos

parâmetros analisados nos extratos lixiviados e solubilizados dos lodos tipos A e B.

Tabela 27 – Resultados dos parâmetros inorgânicos e orgânicos analisados nos extratos lixiviados do lodo tipo A

Parâmetros L.Q Limite NBR 10.004 Anexo F

Resultados

Arsênio (mg.L-1

) 0,001 1 < L.Q Bário (mg.L

-1) 0,07 70 < L.Q

Cádmio (mg.L-1

) 0,001 0,5 < L.Q Chumbo (mg.L

-1) 0,01 1 < L.Q

Cromo total (mg.L-1

) 0,01 5 < L.Q Fluoreto (mg.L

-1) 0,014 150 < L.Q

Mercúrio (mg.L-1

) 0,00006 0,1 < L.Q Prata (mg.L

-1) 0,01 5 < L.Q

Selênio (mg.L-1

) 0,008 1 < L.Q Aldrin (mg.L

-1) 0,005 0,003 N.D

Benzo(a)pireno (mg.L-1

) 0,005 0,07 N.D Cloreto de vinila (mg.L

-1) 0,002 0,5 N.D

Clorobenzeno (mg.L-1

) 0,002 100 N.D Clorofórmio (mg.L

-1) 0,002 6 N.D

m-Cresol (mg.L-1

) 0,002 200 N.D o-Cresol (mg.L

-1) 0,002 200 N.D

p-Cresol (mg.L-1

) 0,002 200 N.D 2,4-D (mg.L

-1) 0,002 3 N.D

DDT (p,p-DDT + p,p-DDE + p,p-DDD) (mg.L

-1)

0,005 0,2 N.D

1,4-Diclorobenzeno (mg.L-1

) 0,002 7,5 N.D 1,2-Dicloroetano (mg.L

-1) 0,002 1 N.D

1,1-Dicloroetileno (mg.L-1

) 0,002 3 N.D 2 butanona (mg.L

-1) 0,002 0,13 N.D

Endrin (mg.L-1

) 0,005 0,06 N.D Heptacloro hepóxido (mg.L

-1) 0,005 0,003 N.D

Hexaclorobenzeno (mg.L-1

) 0,005 0,1 N.D Hexaclorobutadieno (mg.L

-1) 0,002 0,5 N.D

Hexacloroetano (mg.L-1

) 0,002 3 N.D Metoxicloro (mg.L

-1) 0,005 2 N.D

Nitrobenzeno (mg.L-1

) 0,002 2 N.D Pentaclorofenol (mg.L

-1) 0,002 0,9 N.D

Piridina (mg.L-1

) 2 5 N.D 2,4,5-T (mg.L

-1) 0,002 0,2 N.D

Tetracloreto de Carbono (mg.L-1

) 0,002 0,2 N.D Tetracloroetileno (mg.L

-1) 0,002 4 N.D

Toxafeno (mg.L-1

) 0,02 0,5 N.D 2,4,5-TP (mg.L

-1) 0,002 1 N.D

Tricloroetileno (mg.L-1

) 0,002 7 N.D 2,4,5-Triclorofenol (mg.L

-1) 0,002 400 N.D

2,4,6-Triclorofenol (mg.L-1

) 0,002 20 N.D 2,4 - dinitrotolueno 0,002 0,13 N.D

ND – não detectado < L.Q - abaixo do limite de quantificação

121

Tabela 28 – Resultados dos parâmetros inorgânicos e orgânicos analisados nos extratos solubilizados do lodo tipo A

Parâmetros L.Q Limite NBR 10.004 Anexo G

Resultados

Alumínio (mg.L-1

) 0,1 0,2 < L.Q Arsênio (mg.L

-1) 0,001 0,01 < L.Q

Bário (mg.L-1

) 0,07 0,7 < L.Q Cádmio (mg.L

-1) 0,001 0,005 < L.Q

Chumbo (mg.L-1

) 0,01 0,01 < L.Q Cianetos (mg.L

-1) 0,002 0,07 < L.Q

Cloretos (mg.L-1

) 2,5 250 84.23 Cromo total (mg.L

-1) 0,01 0,3 < L.Q

Cobre (mg.L-1

) 0,009 2 < L.Q Ferro (mg.L

-1) 0,03 0,3 3,97

Fluoreto (mg.L-1

) 0,14 1,5 < L.Q Manganês (mg.L

-1) 0,01 0,1 9,47

Mercúrio (mg.L-1

) 0,00006 0,001 < L.Q Nitrato (mg.L

-1) 0,1 10 8,4

Prata (mg.L-1

) 0,01 0,05 < L.Q Selênio (mg.L

-1) 0,008 0,01 < L.Q

Sódio (mg.L-1

) 0,1 200 4,9 Sulfato (mg.L

-1) 25 250 83,8

Surfactantes (mg.L-1

) 0,05 0,5 0,09 Zinco (mg.L

-1) 0,1 5 < L.Q

Aldrin e Dieldrin (mg.L-1

) 0,00003 3 x 10-5

N.D Clordano (mg.L

-1) 0,00003 2 x 10

-4 N.D

2,4-D (mg.L-1

) 0,001 0,03 N.D DDT 2,4-D (mg.L

-1) 0,00003 2 x10

-3 N.D

Endrin 0,00003 6 x 10-4

N.D Fenóis totais 0,002 0,01 N.D

Hepctacloro hepóxido (mg.L-1

) 0,00003 3 x 10-5

N.D Hexaclorobenzeno (mg.L

-1) 0,00003 1 x10

-3 N.D

Metoxicloro (mg.L-1

) 0,00003 0,02 N.D 2,4,5-T (mg.L

-1) 0,001 2 x10

-3 N.D

Toxafeno (mg.L-1

) 0,002 5 x10-3

N.D 2,4,5-TP (mg.L

-1) 0,001 0,03 N.D

ND – não detectado < L.Q - abaixo do limite de quantificação

O ensaio de lixiviação do lodo tipo A teve duração de 18 horas, tendo sido

coletado 1,72 L de extrato lixiviado. Os extratos lixiviado e solubilizado apresentaram

pH da ordem de 5. O teor de umidade do extrato solubilizado foi de 3,89%.

Analisando as Tabela 27 e Tabela 28, em relação as análises do lodo tipo A foram

obtidos os seguintes resultados:

Lixiviado: os parâmetros analisados no extrato lixiviado apresentaram

concentrações adequadas às indicadas no Anexo F da NBR 10.004 (2004);

Solubilizado: com exceção dos parâmetros ferro e manganês totais, os

parâmetros analisados apresentaram concentrações adequadas às indicadas no

Anexo G da NBR 10.004 (2004).

122

Tabela 29 – Resultados dos parâmetros inorgânicos e orgânicos analisados nos extratos lixiviados do lodo tipo B

Parâmetros L.Q Limite NBR 10.004 – Anexo F

Resultados

Arsênio (mg.L-1

) 0,04 1 < L.Q Bário (mg.L

-1) 0,005 70 0,37

Cádmio (mg.L-1

) 0,003 0,5 < L.Q Chumbo (mg.L

-1) 0,03 1 < L.Q

Cromo total (mg.L-1

) 0,002 5 0,003 Fluoreto (mg.L

-1) 0,05 150 <0,05

Mercúrio (mg.L-1

) 0,0005 0,1 < L.Q Prata (mg.L

-1) 0,003 5 < L.Q

Selênio (mg.L-1

) 0,05 1 < L.Q Aldrin e Dieldrin (mg.L

-1) 0,001 0,003 < L.Q

Benzeno (mg.L-1

) 0,004 0,5 < L.Q Benzo(a)pireno (mg.L

-1) 0,002 0,07 < L.Q

Clordano (isômeros) (mg.L-1

) 0,001 0,02 < L.Q Cloreto de vinila (mg.L

-1) 0,4 0,5 < L.Q

Clorobenzeno (mg.L-1

) 0,01 100 < L.Q Clorofórmio (mg.L

-1) 0,004 6 < L.Q

m-Cresol (mg.L-1

) 0,01 200 < L.Q o-Cresol (mg.L

-1) 0,01 200 < L.Q

p-Cresol (mg.L-1

) 0,01 200 < L.Q Cresol Total (mg.L

-1) 0,01 200 < L.Q

2,4-D (mg.L-1

) 0,01 3 < L.Q DDT (p,p-DDT + p,p-DDE + p,p-

DDD) (mg.L-1

) 0,001 0,2 < L.Q

1,4-Diclorobenzeno (mg.L-1

) 0,004 7,5 < L.Q 1,2-Dicloroetano (mg.L

-1) 0,004 1 < L.Q

1,1-Dicloroetileno (mg.L-1

) 0,004 3 < L.Q 2,4-Dinitrotolueno (mg.L

-1) 0,01 0,13 < L.Q

Endrin (mg.L-1

) 0,001 0,06 < L.Q Heptacloro e seu epóxido (mg.L

-

1)

0,001 0,003 < L.Q

Hexaclorobenzeno (mg.L-1

) 0,001 0,1 < L.Q Hexaclorobutadieno (mg.L

-1) 0,004 0,5 < L.Q

Hexacloroetano (mg.L-1

) 0,01 3 < L.Q Lindano (g BHC) (mg.L

-1) 0,5 0,2 < L.Q

Metiletilcetona (mg.L-1

) 0,001 200 < L.Q Metoxicloro (mg.L

-1) 0,01 2 < L.Q

Nitrobenzeno (mg.L-1

) 0,01 2 < L.Q Pentaclorofenol (mg.L

-1) 0,01 0,9 < L.Q

Piridina (mg.L-1

) 0,002 5 < L.Q 2,4,5-T (mg.L

-1) 0,004 0,2 < L.Q

Tetracloreto de Carbono (mg.L-1

) 0,004 0,2 < L.Q Tetracloroetileno (mg.L

-1) 0,004 4 < L.Q

Toxafeno (mg.L-1

) 0,002 0,5 < L.Q 2,4,5-TP (mg.L

-1) 0,01 1 < L.Q

Tricloroetileno (mg.L-1

) 0,004 7 < L.Q 2,4,5-Triclorofenol (mg.L

-1) 0,01 400 < L.Q

2,4,6-Triclorofenol (mg.L-1

) 0,01 20 < L.Q ND – não detectado < L.Q - abaixo do limite de quantificação

123

Tabela 30 – Resultados dos parâmetros inorgânicos e orgânicos analisados nos extratos solubilizados do lodo tipo B

Parâmetros L.Q Limite NBR 10.004 – Anexo G

Resultados

Alumínio (mg.L-1

) 0,05 0,2 < L.Q Arsênio (mg.L

-1) 0,001 0,01 < L.Q

Bário (mg.L-1

) 0,005 0,7 0,38 Cádmio (mg.L

-1) 0,003 0,005 < L.Q

Chumbo (mg.L-1

) 0,002 0,01 < L.Q Cianetos (mg.L

-1) 0,005 0,07 0,0058

Cloretos (mg.L-1

) 0,01 250 150 Cromo total (mg.L

-1) 0,002 0,3 < L.Q

Cobre (mg.L-1

) 0,003 2 < L.Q Ferro (mg.L

-1) 0,002 0,3 < L.Q

Fluoreto (mg.L-1

) 0,05 1,5 0,059 Manganês (mg.L

-1) 0,002 0,1 2,15

Mercúrio (mg.L-1

) 0,0005 0,001 < L.Q Nitrato (mg.L

-1) 0,1 10 0,19

Prata (mg.L-1

) 0,003 0,05 < L.Q Selênio (mg.L

-1) 0,002 0,01 < L.Q

Sódio (mg.L-1

) 0,05 200 3,97 Sulfato (mg.L

-1) 1 250 16,6

Surfactantes (mg.L-1

) 0,03 0,5 <0,03 Zinco (mg.L

-1) 0,006 5 0,04

Aldrin e Dieldrin (mg.L-1

) 2 x 10-5

3 x 10-5

< L.Q Clordano (mg.L

-1) 0,0002 2 x 10

-4 < L.Q

2,4-D (mg.L-1

) 0,01 0,03 < L.Q DDT 2,4-D (mg.L

-1) 0,001 2 x10

-3 < L.Q

Endrin 0,0002 6 x 10-4

< L.Q Fenóis totais 0,0011 0,01 0,035

Hepctacloro e seu epóxido (mg.L-1

) 2 x 10-5

3 x 10-5

< L.Q Hexaclorobenzeno (mg.L

-1) 0,001 1 x10

-3 < L.Q

Lindano (g BHC) (mg.L-1

) 0,001 2 x10-3

< L.Q Metoxicloro (mg.L

-1) 0,001 0,02 < L.Q

2,4,5-T (mg.L-1

) 0,002 2 x10-3

< L.Q Toxafeno (mg.L

-1) 0,002 5 x10

-3 < L.Q

2,4,5-TP (mg.L-1

) 0,01 0,03 < L.Q ND – não detectado < L.Q - abaixo do limite de quantificação

O ensaio de lixiviação do lodo tipo B teve duração de 18 horas, tendo

sido coletado 2 L de extrato lixiviado. Os extratos lixiviado e solubilizado

apresentaram pH na ordem de 5. O extrato solubilizado apresentou teor de umidade

de 12%.

Em relação as análises do lodo tipo B (Tabela 29 e Tabela 30)foram

obtidos os seguintes resultados:

Lixiviado: os parâmetros analisados no lixiviado apresentaram concentrações

adequadas às indicadas no Anexo F da NBR 10.004 (2004);

124

Solubilizado: com exceção do parâmetros manganês e fenóis totais, os

parâmetros analisados apresentaram concentrações adequadas às indicadas no

Anexo G da NBR 10.004 (2004).

Por apresentar constituintes que são solubilizados em concentrações

superiores aos limites estabelecidos no Anexo G da NBR 10.004 (2004), os lodos

tipos A e B foram classificados como resíduo Classe II A – Não inertes.

125

6 CONCLUSÕES

Os resultados obtidos nos protótipos em escala reduzida forneceram

subsídios e parâmetros técnicos importantes para aplicação em ensaios em escala

piloto e conseqüentemente para projetos em escala real, especialmente em relação

à qualidade da água drenada ao longo do tempo, às porcentagens de volume de

drenados que atenderam às condições estabelecidas, à taxa de aplicação de sólidos

- TAS, taxa de aplicação volumétrica - TAV e densidade da manta geotêxtil.

De modo geral, nas condições de estudo, independente do tipo de lodo

(tipo A ou B), o sistema de desaguamento de lodos de decantadores de ETAs

composto por leitos de drenagem / secagem com uso de manta geotêxtil apresentou

resultados promissores quanto aos aspectos quali / quantitativos de eficiência:

Na fase de drenagem, por possibilitar a produção de águas drenadas com

qualidade compatível para enquadramento em relação à classificação de corpos

de água doce (classes I e II) estabelecidos pela Resolução 357/05 do Conama,

visando à proteção dos corpos hídricos receptores ou ainda pela possibilidade de

reaproveitamento da água drenada para produção de água tratada na própria

ETA;

Na fase de secagem, por possibilitar a redução do volume ou aumento da

concentração de sólidos da torta de lodo retido sob condições críticas de

secagem – condição natural de inverno sem proteção à interpéries, em 5 dias,

com valores de concentrações de sólidos da mesma ordem de grandeza que os

obtidos por desaguamentos mecânicos, possibilitando assim a finalização do

desaguamento do lodo em 7 dias.

Os resultados da caracterização qualitativa nas fases de drenagem e

secagem para os lodos de estudo mostraram algumas particularidades,

especialmente em relação à(s):

predominância de elevadas concentrações de ferro e alumínio na fração

particulada, devido ao emprego de diferentes coagulantes químicos nos lodos

tipos A e B, respectivamente;

126

variações nas contagens de coliformes totais e de E. Coli, em função das

dosagens de cloro e alterações na qualidade da água bruta da ETA associada ao

lodo tipo A;

resistência especifica e velocidades de sedimentação diferenciadas para os

lodos tipos A e B.

Apesar da turbidez ser um parâmetro indireto e inespecífico, seu uso

como parâmetro de controle de eficiência possibilitou a sistematização dos

resultados em relação à qualidade da água drenada, a comprovação de que o

lançamento direto da produção global de drenados poderá trazer impactos negativos

aos corpos de água receptores classes I e II.

Independentemente da escala adotada, a qualidade do drenado do

lodo tipo B foi sistematicamente melhor comparado ao do lodo tipo A, resultando em

porcentagens de volume de drenados que atenderam às condições estabelecidas

mais elevadas, o que pode estar relacionado à qualidade da água bruta e / ou

produtos químicos aplicados no tratamento de água.

Na escala piloto – Etapa II, as porcentagens de volume de drenado que

atenderam às condições de enquadramento I e II e de reaproveitamento III foram de

66%, 69% e 62% para o lodo tipo A e de 84%, 89% e 71% para o lodo tipo B.

O desaguamento em escala piloto – Etapa II, proporcionou para o lodo

tipo A, redução mínina da concentração de ferro total de 90,8% na amostra

composta referente a condição IV e máxima de 99,93% na amostra composta

referente a condição III. Para o lodo tipo B a redução mínina da concentração de

alumínio total foi de 99,83% na amostra composta referente a condição IV e máxima

de 99,97% na amostra composta referente a condição I, o que comprovam a

elevada eficiência do sistema de desaguamento.

O desaguamento em escala piloto – Etapa II, quando comparado aos

resultados obtidos na escala reduzida – Etapa I, favoreceu a extinção da lâmina

líquida na fase de drenagem, sem alterações significativas na qualidade do drenado

e tortas de lodo produzidos.

Os resultados obtidos na fase de secagem das tortas de lodo em

condições naturais de exposição, mostraram que além da temperatura e umidade

relativa do ar, outros fatores físicos e climáticos, como a incidência de radiação solar

e exposição à ventilação, favorecem a secagem do lodo.

127

O uso da manta geotêxtil em sucessivos ensaios de desaguamento

não influenciou significativamente na eficiência do sistema em relação à qualidade

do drenado produzido e tampouco à duração da fase de drenagem.

O ensaio em colunas de lixiviação revelou que em relação aos

aspectos analisados nesse estudo, os lodos de ETAs desaguados podem ser

dispostos como cobertura de células em aterro sanitário, uma vez que os metais

presentes não foram disponibilizados quando em contato com a água, mesmo para

a condição crítica de precipitação aplicada, e portanto, muito provavelmente não

oferecerão riscos ao meio ambiente.

Em relação à classificação dos lodos de ETAs segundo a NBR 10.004

(2004), os lodos tipos A e B foram classificados como resíduo Classe II A – Não

inertes por apresentar constituintes que foram solubilizados em concentrações

superiores aos limites estabelecidos no Anexo G da NBR 10.004 (2004).

128

7 RECOMENDAÇÕES

Avaliar o desaguamento de lodo de ETA em leitos de drenagem / secagem em

escalas maiores que as utilizadas neste trabalho;

Avaliar os parâmetros de projeto aplicados considerando a variação das

concentrações de sólidos em escala real;

Avaliar a toxicidade do lodo inicial e da água drenada por meio de bioensaios

utilizando organimos aquáticos padronizados.

129

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